Hình 3.10.Ảnh các đĩa thạch sau khi thực hiện kỹ thuật kháng sinh đồ khoanh giấy khuếch tán với các mẫu vàng kích thước khác nhau
Kỹ thuật kháng sinh đồ khoanh giấy khuếch tán được sử dụng để đánh giá khả năng kháng khuẩn Gram âm (E. coli) và Gram dương (S. aureus) của các hạt nano vàng thu được ở hai dải kích thước khác nhau. Hình 3.10a mẫu thử nghiệm trên chủng E.coli của mẫu vàng ly tâm 5000 vòng/phút; Hình 3.10b là mẫu trên chủng E.coli của mẫu vàng ly tâm 15.000 vòng/phút; Hình 3.10c là mẫu thử nghiệm trên chủng S.aureus của mẫu vàng ly tâm 5.000 vòng/phút; Hình 3.10d là mẫu thử nghiệm trên chủng S.aureus của mẫu vàng ly tâm 15.000 vòng/phút. Quan sát các đĩa thạch thấy rằng các mẫu chỉ có nano vàng khi không chiếu laze không xuất hiện vòng kháng khuẩn. Điều này chứng tỏ hạt nano vàng ở điều kiện thường không có khả năng tiêu diệt vi khuẩn.
Với các mẫu thử nghiệm trên chủng E.coli của nano vàng kết hợp PHMB thấy rằng đều có vòng kháng khuẩn tương tự ở cả hai mẫu nano vàng. Điều này chứng tỏ vàng ở trạng thái thông thường không tác động vào quá trình kháng khuẩn của PHMB. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng hoạt chất PHMB để thử nghiệm kết hợp với nano vàng, đây là một hoạt chất có tính kháng khuẩn. Các hạt nano vàng với hiệu ứng quang nhiệt sẽ hỗ trợ quá trình kháng khuẩn của PHMB. Khi chiếu laze có bước sóng thích hợp vào dung dịch nano vàng sẽ xảy ra hiệu ứng quang nhiệt làm tăng nhiệt độ cục bộ tại vị trí có hạt nano vàng. Như vậy các hạt nano vàng bám vào thành tế bào sẽ gây tổn thương tế bào vi khuẩn và tăng nhanh quá trình PHMB thâm nhập vào tế bào vi khuẩn. Nghiên cứu cho thấy, mẫu nano vàng ly tâm 5000 vòng/phút thử nghiệm với chủng E. coli O157, đường kính vòng kháng khuẩn của mẫu PHMB + AuNPs có chiếu laze là lớn nhất. Như vậy rõ ràng nano vàng kích thước hạt lớn hơn (ly tâm 5.000 vòng/phút) kết hợp với PHMB có chiếu laze với bước sóng 532 nm có ảnh hưởng tới quá trình diệt khuẩn. Cụ thể ở đây, mẫu nano vàng được chiếu laze có thể giúp tăng cường hoạt tính diệt khuẩn vi khuẩn Gram âm. Tuy nhiên, ở cả ba đĩa còn lại bao gồm thử
nghiệm với E. coli với nano vàng kích thước nhỏ hơn (15.000 vòng/phút) và với chủng vi khuẩn Gram dương S. aureus với cả hai mẫu vàng, đường kính vòng kháng khuẩn của các khoanh có PHMB có sự khác biệt nhưng không đáng kể. Như vậy với kỹ thuật kháng sinh đồ khoanh giấy khuếch tán chỉ cho thấy tác dụng nhất định của hiệu ứng quang nhiệt của nano vàng hỗ trợ khả năng diệt khuẩn của PHMB. Tuy nhiên, với kỹ thuật này sự khác biệt về khả năng thúc đẩy diệt khuẩn của nano vàng với việc chiếu laze chưa thực sự rõ ràng và cần đánh giá bởi các kỹ thuật chính xác hơn. Ở mẫu vàng ly tâm 5.000 vòng/phút kết hợp PHMB có chiếu laze có sự tăng cường quá trình diệt khuẩn, ở đây có thể nói hiệu ứng quang nhiệt (nhiệt độ hạt nano vàng có thể tăng từ 4-5oC) của hạt nano vàng đã hỗ trợ quá trình diệt khuẩn E.coli của PHMB.
Để đánh giá tốt hơn, mẫu nano vàng sau ly tâm 5000 vòng/phút được trộn lẫn với vi khuẩn E.coli ở những nồng độ giảm dần theo bậc 10 và có chiếu laze 7 phút và thử nghiệm cấy đếm trên đĩa thạch.
Hình 3.11.Ảnh đĩa thạch sau khi thực hiện kỹ thuật cấy đếm vi khuẩn E.coli với mẫu vàng ly tâm 5000 vòng/phút. Cột từ trái sang: KC (đối chứng âm: vi khuẩn để tự nhiên trong nước muối sinh lý, có chiếu laze 7 phút); KS
(ủ tương ứng với PHMB); Au (ủ với hạt nano vàng ly tâm 5000 vòng/phút, có chiếu laze 7 phút); Au-KS (ủ với hạt nano vàng ly tâm 5000 vòng/phút +
PHMB, có chiếu laze 7 phút).
Kết quả trên Hình 3.11 cho thấy ở các mẫu vi khuẩn ở nồng độ cao nhất chỉ duy nhất mẫu kiểm chứng khuẩn lạc mọc dày đặc, trong khi đó, mẫu sử dụng hạt nano vàng và chiếu laze chỉ có một khuẩn lạc duy nhất trên cả vệt cấy. Với huyền dịch được ủ với PHMB và ủ PHMB với hạt vàng có chiếu laze có bước sóng 532 nm ở tất cả nồng độ của vi khuẩn đều không xuất hiện khuẩn lạc. Như vậy sự khác biệt lớn giữa mẫu ủ hạt vàng với vi khuẩn có chiếu laze trong 7 phút và mẫu kiểm chứng cho thấy nano vàng có khả năng diệt khuẩn khi chiếu laze với bước sóng thích hợp. Như vậy, hạt vàng khi có kích thích của laze ở bước sóng tương ứng với bước sóng ứng với tần số cộng hưởng plasmon bề mặt làm cho các hạt vàng nóng lên một cách cục bộ (hiệu ứng quang nhiệt) và tiêu diệt các tế bào vi khuẩn. Sự tồn tại của 1 khuẩn lạc có thể giải thích là do vẫn còn có vi khuẩn sống sót ở những vị trí mà laze không chiếu tới trong dung dịch mẫu. Hay nói cách khác, hiệu ứng quang nhiệt của các hạt nano vàng ở kích thước phù hợp đã tác động đến vi khuẩn và là nguyên nhân làm vi khuẩn chết ở mẫu này.
3.9. Kết luận
Nghiên cứu này đã cho thấy khả năng chế tạo hạt nano vàng hình cầu bằng phương pháp điện hóa có kích thước 11 - 41 nm, có đỉnh hấp thụ plasmon tại 538 nm, các dung nano vàng chế tạo có độ ổn định cao không chịu ảnh hưởng bởi vi sóng. Phương pháp ly tâm phân đoạn có khả năng thu được hạt nano vàng có kích thước khác nhau ở các tốc độ khác nhau. Thử nghiệm chiếu laze có bước sóng =532nm có hiện tượng quang nhiệt xảy ra nhiệt độ tăng thêm cao nhất là 5,2oC.
KẾT LUẬN CHUNG
- Đã chế tạo thành công nano vàng sạch bằng phương pháp điện hóa từ kim loại vàng dạng khối có hỗ trợ vi sóng.
- Đã khảo sát độ ổn định của các hạt nano vàng dưới tác dụng của vi sóng theo thời gian: độ ổn định trung bình, dạng hình cầu, kích thước dưới 50 nm. Dải kích thước phân bố rộng và ổn định sau khi hỗ trợ xử lý vi sóng 10 và 15 phút.
- Đã khảo sát tính chất quang của nano vàng thấy rằng đỉnh hấp thụ khoảng 538 nm.
- Bước đầu đã khảo sát khả năng hỗ trợ diệt khuẩn của nano vàng ở kích thước khác nhau trên cơ sở hiệu ứng quang nhiệt. Khả năng diệt khuẩn chưa rõ ràng khi thử nghiệm bằng kỹ thuật kháng sinh đồ khuếch tán đĩa.
- Nano vàng kích thước trung bình 40 nm có khả năng hỗ trợ diệt khuẩn E.coli khi chiếu laze ở bước sóng 532 nm thử nghiệm bằng phương pháp cấy đếm.
KIẾN NGHỊ
Do điều kiện thí nghiệm và ảnh hưởng của đại dịch covid-19, nên một số phần việc nghiên cứu cũng có những tác động nhất định. Do vậy, với những kết quả nghiên cứu đạt được, chúng tôi đề xuất những hướng tiếp theo để kết quả nghiên cứu được phát triển mức độ cao hơn:
- Khảo sát khả năng sinh nhiệt của nano vàng ở những dải kích thước và hình dạng khác nhau;
- Chức năng hóa hạt nano vàng với những chất kháng sinh/hoạt chất thiên nhiên để tăng cường khả năng diệt khuẩn, đặc biệt là các chủng kháng kháng sinh hoặc những chủng gây nhiễm trùng bệnh viện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] P. Tiwari, K. Vig, V. Dennis, and S. Singh, “Functionalized Gold Nanoparticles and Their Biomedical Applications,” Nanomaterials, vol. 1, no. 1, pp. 31–63, 2011, doi: 10.3390/nano1010031.
[2] N. Elahi, M. Kamali, and M. H. Baghersad, “Recent biomedical applications of gold nanoparticles: A review,” Talanta, vol. 184, pp. 537–556, 2018, doi: 10.1016/j.talanta.2018.02.088.
[3] M. Lewandowska, A. Zagorski, and K. J. Kurzydlowski, “Mechanical and physical properties of nano-metals,” Mater. Sci. Forum, vol. 654– 656, pp. 1110–1113, 2010, doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.654- 656.1110.
[4] N. Venkatesh, “Metallic Nanoparticle: A Review,” Biomed. J. Sci. Tech. Res., vol. 4, no. 2, pp. 3765–3775, 2018, doi: 10.26717/bjstr.2018.04.0001011.
[5] M. Kim, J. H. Lee, and J. M. Nam, “Plasmonic Photothermal Nanoparticles for Biomedical Applications,” Adv. Sci., vol. 6, no. 17, 2019, doi: 10.1002/advs.201900471.
[6] J. Uddin, “Terahertz multispectral imaging for the analysis of gold nanoparticles’ size and the number of unit cells in comparison with other techniques,” Int. J. Biosens. Bioelectron., vol. 4, no. 3, 2018, doi: 10.15406/ijbsbe.2018.04.00118.
[7] P. N. Njoki et al., “Size correlation of optical and spectroscopic properties for gold nanoparticles,” J. Phys. Chem. C, vol. 111, no. 40, pp. 14664–14669, 2007, doi: 10.1021/jp074902z.
[8] S. Peiris, J. McMurtrie, and H. Y. Zhu, “Metal nanoparticle photocatalysts: Emerging processes for green organic synthesis,” Catal. Sci. Technol., vol. 6, no. 2, pp. 320–338, 2016, doi: 10.1039/c5cy02048d.
[9] T. Turbadar, “Complete absorption of light by thin metal films,” Proc. Phys. Soc., vol. 73, no. 1, pp. 40–44, 1959, doi: 10.1088/0370- 1328/73/1/307.
[10] G. Canizal, J. A. Ascencio, J. Gardea-Torresday, and M. José-Yacamán, “Multiple twinned gold nanorods grown by bio-reduction techniques,”
J. Nanoparticle Res., vol. 3, no. 5–6, pp. 475–481, 2001, doi: 10.1023/A:1012578821566.
[11] C. Daruich De Souza, B. Ribeiro Nogueira, and M. E. C. M. Rostelato, “Review of the methodologies used in the synthesis gold nanoparticles by chemical reduction,” J. Alloys Compd., vol. 798, pp. 714–740, 2019, doi: 10.1016/j.jallcom.2019.05.153.
[12] J. Turkevich, P. C. Stevenson, and J. Hillier, “A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold,” Discuss. Faraday Soc., vol. 11, no. c, pp. 55–75, 1951, doi: 10.1039/DF9511100055.
[13] X. Hu, Y. Zhang, T. Ding, J. Liu, and H. Zhao, “Multifunctional Gold Nanoparticles: A Novel Nanomaterial for Various Medical Applications and Biological Activities,” Front. Bioeng. Biotechnol., vol. 8, no. August, pp. 1–17, 2020, doi: 10.3389/fbioe.2020.00990.
[14] F. J. Flórez Barajas, Z. C. Sánchez Acevedo, and H. Peña Pedraza, “Synthesis and characterization of gold nanoparticles in solution using chitosan as reducing agent,” Respuestas, vol. 24, no. 2, pp. 49–55, 2019, doi: 10.22463/0122820x.1830.
[15] S. Ahmed, Annu, S. Ikram, and S. Yudha, “Biosynthesis of gold nanoparticles: A green approach,” J. Photochem. Photobiol. B Biol., vol. 161, pp. 141–153, 2016, doi: 10.1016/j.jphotobiol.2016.04.034.
[16] C.-J. Huang, P.-H. Chiu, Y.-H. Wang, K.-L. Chen, J.-J. Linn, and C.-F. Yang, “Electrochemically Controlling the Size of Gold Nanoparticles,”
J. Electrochem. Soc., vol. 153, no. 12, p. D193, 2006, doi: 10.1149/1.2358103.
[17] E. J. Hong, Y. S. Kim, D. G. Choi, and M. S. Shim, “Cancer-targeted photothermal therapy using aptamer-conjugated gold nanoparticles,” J. Ind. Eng. Chem., vol. 67, pp. 429–436, 2018, doi: 10.1016/j.jiec.2018.07.017.
[18] P. Singh, S. Pandit, V. R. S. S. Mokkapati, A. Garg, V. Ravikumar, and I. Mijakovic, “Gold nanoparticles in diagnostics and therapeutics for human cancer,” Int. J. Mol. Sci., vol. 19, no. 7, 2018, doi: 10.3390/ijms19071979.
[19] R. G. Rayavarapu, W. Petersen, C. Ungureanu, J. N. Post, T. G. Van Leeuwen, and S. Manohar, “Synthesis and bioconjugation of gold nanoparticles as potential molecular probes for light-based imaging techniques,” Int. J. Biomed. Imaging, vol. 2007, 2007, doi: 10.1155/2007/29817.
[20] P. S. Ghosh, C. K. Kim, G. Han, N. S. Forbes, and V. M. Rotello, “Efficient gene delivery vectors by tuning the surface charge density of amino acid-functionalized gold nanoparticles,” ACS Nano, vol. 2, no. 11, pp. 2213–2218, 2008, doi: 10.1021/nn800507t.
[21] S. Bagheri et al., “Using gold nanoparticles in diagnosis and treatment of melanoma cancer,” Artif. Cells, Nanomedicine Biotechnol., vol. 46, no. sup1, pp. 462–471, 2018, doi: 10.1080/21691401.2018.1430585. [22] A. R. Guerrero, N. Hassan, C. A. Escobar, F. Albericio, M. J. Kogan,
and E. Araya, “Gold nanoparticles for photothermally controlled drug release,” Nanomedicine, vol. 9, no. 13, pp. 2023–2039, 2014, doi: 10.2217/nnm.14.126.
[23] K. Jiang, D. A. Smith, and A. Pinchuk, “Size-dependent photothermal conversion efficiencies of plasmonically heated gold nanoparticles,” J.
Phys. Chem. C, vol. 117, no. 51, pp. 27073–27080, 2013, doi: 10.1021/jp409067h.
[24] N. Ajdari, C. Vyas, S. L. Bogan, B. A. Lwaleed, and B. G. Cousins, “Gold nanoparticle interactions in human blood: a model evaluation,”
Nanomedicine Nanotechnology, Biol. Med., vol. 13, no. 4, pp. 1531– 1542, 2017, doi: 10.1016/j.nano.2017.01.019.
[25] M. S. Geetha, H. Nagabhushana, and H. N. Shivananjaiah, “Green mediated synthesis and characterization of ZnO nanoparticles using Euphorbia Jatropa latex as reducing agent,” J. Sci. Adv. Mater. Devices, vol. 1, no. 3, pp. 301–310, 2016, doi: 10.1016/j.jsamd.2016.06.015. [26] P. M. Carvalho, M. R. Felício, N. C. Santos, S. Gonçalves, and M. M.
Domingues, “Application of light scattering techniques to nanoparticle characterization and development,” Front. Chem., vol. 6, no. June, pp. 1–17, 2018, doi: 10.3389/fchem.2018.00237.
[27] N. Hanžić, T. Jurkin, A. Maksimović, and M. Gotić, “The synthesis of gold nanoparticles by a citrate-radiolytical method,” Radiat. Phys. Chem., vol. 106, no. 098, pp. 77–82, 2015, doi: 10.1016/j.radphyschem.2014.07.006.