Chương 1 TỔNG QUAN
1.3. Tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc
1.3.1. Cơ chế kháng khuẩn của hạt keo nano bạc
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoặt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi. Do động vật không có thành tế bào,vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này.
Hình 1.10. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn
Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin –SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn [23].
Hình 1.11. Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn [23]
Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA [24].
Hình 1.12. Ion bạc liên kết với các base của DNA [24]
Xét trên góc độ sinh học các nhà nghiên cứu đều có một quan điểm thống nhất rằng hạt keo nano nạc diệt khuẩn theo một trong những cơ chế sau:
− Một là: Nano bạc phá hủy chức năng hô hấp.
− Hai là: Nano bạc phá hủy chức năng của thành tế bào.
− Ba là: Nano bạc liên kết với DNA của tế bào vi sinh vật và ức chế chức
năng sao chép của chúng, kìm hãm chúng, không cho chúng phát triển mạnh. Hiện nay có nhiều lý thuyết về cơ chế tác dụng diệt vi khuẩn của nano bạc đã được đề xuất, trong đó lý thuyết hấp thụ được nhiều người chấp nhận hơn cả. Bản chất của thuyết này là ở chỗ tế bào vi khuẩn bị vô hiệu hóa là do kết quả của quá trình tương tác tĩnh điện giữa bề mặt mang điện tích âm của tế bào vi khuẩn và ion Ag+ được hấp phụ lên đó, các ion này sau đó xâm nhập vào bên trong tế bào vi khuẩn và vô hiệu hóa chúng.
Hình 1.13. Các hạt nano tương tác với tế bào vi khuẩn bằng lực bám hút tĩnh
điện và phá vỡ cấu trúc màng
Cho đến nay, những gì liên quan đến cơ chế tác động của hạt keo nano bạc lên tế bào vi sinh vật (đơn bào), mới chỉ có một quan điểm được hầu hết các nhà khoa học thừa nhận. Đó là khả năng diệt khuẩn của hạt keo nano bạc là kết quả của quá trình biến đổi (giải phóng liên tục) các nguyên tử bạc kim loại trên bề mặt
hạt nano nạc thành các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi khuẩn và diệt khuẩn theo những cơ chế đã nói ở trên. Tuy nhiên, nếu dùng Ag+ thì lại không có hiệu quả cao mà phải là hạt nano Ag, tức phân tử bạc. Có 4 cơ chế diệt khuẩn của hạt keo AgNPs thể hiện bằng hình ảnh dưới đây:
Hình 1.14. Cơ chế diệt khuẩn của hạt keo nano bạc
- Cơ chế thứ nhất: Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng
tế bào, ngăn cản quá trình trao đổi chất (Hình A).
- Cơ chế thứ hai: Phá vỡ màng tế bào, oxy hóa nguyên sinh chất của tế bào
vi khuẩn, phá hủy nguyên sinh chất bởi oxy hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của bạc (Hình B).
- Cơ chế thứ ba: Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng
các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn các quá trình ôxy hóa cũng như Phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn (Hình C).
- Cơ chế thứ tư: vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá
vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấu trúc DNA của tế bào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến cấu trúc DNA (Hình D).
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn của keo nano bạc
Kích thước, hình dạng hạt, nồng độ và sự phân bố là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính kháng khuẩn của hạt keo nano bạc.
Kích thước hạt keo nano bạc là yếu tố quan trọng quyết định khả năng diệt khuẩn của chúng. Hạt keo nano bạc có kích thước càng nhỏ thì khả năng diệt khuẩn của chúng càng mạnh, vì khi ở kích thước càng nhỏ thì tỉ số giữa diện tích bề mặt và thể tích càng lớn và hạt cũng có thể dễ dàng tương tác với vi khuẩn hơn. Tuy nhiên các hạt có kích thước nhỏ lại có khuynh hướng liên kết với nhau trong quá trình lưu trữ tạo thành các hạt lớn hơn gây ảnh hưởng tới khả năng diệt khuẩn
và bảo quản keo nano bạc. Do đó trong quá trình chế tạo chúng ta phải tìm ra các phương pháp vừa tạo ra hạt nano bạc có kích thước nhỏ vừa bền vững.
Các hạt nano có thể có rất nhiều hình dạng khác nhau như: hình que, hình cầu, hình tam giác, … Và sự thể hiện của các hạt nano bạc với cùng nồng độ, sự phân bố nhưng với các hình dạng khác nhau là không giống nhau. Các hạt nano bạc có hình tam giác có tính kháng khuẩn cao hơn các hạt hình cầu và các hạt nano que có tính kháng khuẩn thấp nhất.
Hạt nano bạc có nồng độ càng cao và sự phân bố đều thì khả năng diệt khuẩn càng tốt. Tuy nhiên khi nồng độ quá cao, do năng lượng bề mặt hạt nano lớn, nên các hạt keo nano bạc sẽ va chạm vào nhau và phá vỡ cấu trúc nano. Vì vậy chúng ta cũng cần tìm nồng độ thích hợp để các hạt phân bố đồng đều và tránh kết tủa.
1.3.3. Ảnh hưởng của hạt keo nano bạc đến sức khỏe con người
Nano bạc được đưa vào sử dụng với mục đích kháng khuẩn và ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn. Điều đó nói lên mối quan hệ của nano bạc và con người. Một nghiên cứu của trường đại học y khoa ODENSE cho thấy hạt keo nano bạc không có tương tác mạnh với cơ thể con người và cũng không là tác nhân gây độc. Chính vì vậy, nano bạc không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và được xem là vô hại.