1.4. Nano oxit kẽm và ứng dụng của nano oxit kẽm
1.4.4. Cơ chế diệt khuẩn và diệt nấm bởi các hạt nano ZnO
Điều thú vị của ZnO-NP qua báo cáo của một số nghiên cứu là không độc hại cho các tế bào của con ngƣời, có thể sử dụng chúng nhƣ là tác nhân kháng khuẩn, độc hại với vi sinh vật, nhƣng giữ đƣợc tính tƣơng thích sinh học tốt cho các tế bào của con ngƣời. Các cơ chế kháng khuẩn khác nhau của vật liệu nano có đƣợc chủ yếu là do có tỷ lệ diện tích bề mặt riêng so với vật liệu khối và tính chất hóa lý đặc biệt của chúng. Tuy nhiên, các cơ chế chính xác vẫn chƣa đƣợc xác định, mặc dù đã đƣợc một số nhà nghiên cứu đề nghị đề xuất và thơng qua. Điều tra tính kháng khuẩn của vật liệu nano, chủ yếu là của ZnO-NP, sẽ nâng cao diện tích nghiên cứu vật liệu nano, và các cơ chế, hiện tƣợng đằng sau vật liệu cấu trúc nano.
Mặc dù, hàm lƣợng nhỏ kẽm là điều cần thiết cho quá trình trao đổi chất khác nhau trong hầu hết các sinh vật sống, với hàm lƣợng cao hơn, nó có thể gây độc. Có ba cơ chế chính cho các hoạt động kháng khuẩn của các ion kẽm. Đầu tiên, các ion kim loại liên kết với protein và phá hủy protein. Thứ hai, các ion kim loại có thể tƣơng tác với màng vi khuẩn, gây ra những thay đổi về cấu trúc và khả năng thẩm thấu. Thứ ba, các ion kim loại tƣơng tác với acid nucleic của vi khuẩn và ngăn chặn sự sao chép của vi sinh vật (Vojislav Stanić và cs, 2010) [18]. Kẽm oxit cũng đã đƣợc chứng minh rằng việc sử dụng các hạt nano riêng rẽ có thể là bất lợi, bởi vì kích thƣớc nhỏ của chúng có thể ảnh hƣởng xấu lên cơ thể sinh vật. Khi kích thƣớc hạt nano càng giảm, diện tích bề mặt càng lớn và tạo ra một hiệu ứng rất đặc trƣng cho các hạt nano là hiệu ứng bề mặt. Hiệu ứng này có thể tạo ra một số tính chất nhƣ khả năng oxy hóa khử mạnh hoặc xúc tác.
Các hoạt chất diệt vi sinh vật của các hạt nano ZnO đƣợc tạo ra nhƣ OH•, O, H2O2, và O2-, tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt tiếp xúc [17]. Các hạt nano ZnO với các khuyết tật có thể đƣợc kích hoạt bởi cả tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy. Trên bề mặt các hạt nano ZnO phân tử H2O bị phân li thành OH và H+. Các phân
tử oxy hoà tan đƣợc chuyển thành anion gốc tự do superoxide (•O2-), lần lƣợt phản ứng với H+
để tạo thành gốc HO2•, và có thể va chạm tiếp với các điện tử để tạo thành anion hydrogen peroxide (HO2-). Sau đó, chúng phản ứng với ion hydro để tạo thành các phân tử H2O2. Tất cả các thành phần này đều có thể oxy hóa phân hủy tế bào vi khuẩn
Nghiên cứu sơ bộ của Brayner R và cs, 2006 [19] cho thấy rằng hoạt động
kháng khuẩn của ZnO NP có thể liên quan đến sự hình thành các gốc tự do trên bề mặt của các hạt NP, và gây hại cho các chất béo trong màng tế bào vi khuẩn bởi các gốc tự do, sau đó dẫn đến rị rỉ và phân hủy màng tế bào của vi khuẩn [20].
Cơ chế tác động của nano ZnO trên một loại nấm quan trọng là Aspergillus
fumigatus cho thấy hydroxyl và gốc trung gian superoxide gây biến dạng thành tế
bào nấm và gây chết do truyền năng lƣợng [21]. Hạt nano kẽm oxit (ZnO NP) có
thể đƣợc sử dụng nhƣ một loại thuốc diệt nấm có hiệu quả trong các ứng dụng an tồn cho nơng sản và thực phẩm. Nghiên cứu gần đây của He và cộng sự cho thấy sự ức chế đáng kể hai loại nấm sau thu hoạch gây bệnh Botrytis cinerea và Penicillium expansum với ZnO NP có kích thƣớc hạt xấp xỉ 70 nm ở nồng độ thấp,
cơ chế hoạt động đã đƣợc khẳng định bởi SEM và quang phổ Raman. Hạt nano ZnO gây biến dạng sợi nấm và các bào tử, ngăn chặn sự phát triển bào tử vơ tính và cuối cùng làm chết các sợi nấm