Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
1.5 Nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam
1.5.1 Trên thế giới
Sử dụng vi sinh vật trong tổng hợp nano bạc được nhiều nhà khoa học ở nhiều quốc gia tập trung nghiên cứu theo hai hướng chính là tổng hợp ngoại bào và nội bào. Một số nghiên cứu gần đây như:
Elbeshehy và cộng sự (2015) phân lập các chủng Bacillus pumilus, B. persicus và B. licheniformis ở đại học King Abdulaziz, Saudi Arabia có khả năng
tổng hợp nano bạc ngoại bào, dung dịch nano bạc có khả năng kháng khuẩn và kháng virus [17].
Năm 2014, mhóm tác giả Hassan K. (2014) tổng hợp nano bạc bên trong tế bào S. cerevisiae có bổ sung glucose làm chất cho điện tử, thời gian tổng hợp là 72 giờ, hạt có kích thước 2 – 20 nm [25]. Bằng sáng chế CN103555769 được cấp cho Zang Xin và cộng sự vào năm 2014 cho phương pháp tổng hợp ngoại bào nano bạc từ dịch lọc không tế bào Bacillus subtilis Jaas ed1. Dịch lọc không tế bào được trộn với dung dịch AgNO3 để tổng hợp nano bạc ở nhiệt độ phòng trong 24 – 72 giờ. Dịch keo nano bạc tổng hợp có đỉnh hấp thu khoảng 450 nm và có kích thước hạt 20 – 50 nm [62].
Công bố của Hosseini-Abari A. và cộng sự (2014) cho thấy bào tử vi khuẩn
Bacillus stratosphericus có khả năng tổng hợp nano bạc. Nhóm tác giả sử dụng môi
trường làm giàu bào tử DSM để nuôi B. stratosphericus, tế bào và bảo tử được thu nhận dùng cho tổng hợp nano bạc. Phản ứng được thực hiện trong 5 – 20 giờ, hạt nano bạc hình thành bám vào bề mặt bào tử và bên ngồi có kích thước 2 – 20 nm, nhiều hình dạng, bước sóng hấp thu cực đại của dịch keo là 410 – 420 nm. Nghiên cứu cũng cho thấy khả năng kháng khuẩn của dịch keo nano bạc trên 5 chủng vi khuẩn khảo sát [25].
Gurunathan S., và cộng sự (2009), Kannan N. và cộng sự (2011), Kumar C. G. và cộng sự (2011) sử dụng E. coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa
-13-
Khả năng kháng khuẩn của dịch keo nano bạc được nghiên cứu khoảng vào đầu thế kỷ 20, tuy nhiên ít được quan tâm vì những thành quả của thuốc kháng sinh. Những năm gần đây, công nghệ nano ngày càng phát triển và số lượng lớn vi khuẩn kháng kháng sinh tăng nhanh nên việc nghiên cứu ứng dụng nano bạc trong lĩnh vực y sinh học được quan tâm nhiều hơn và phát triển mạnh mẽ. Hiện nay nano bạc được biết đến với khả năng kháng khoảng 650 loài vi khuẩn [8].
Theo nghiên cứu của Li W.R. và cộng sự (2010), ion Ag+ gấy ức chế quá trình trao đổi phosphate, làm thất thốt các phosphate được tích lũy, tạo phức với DNA, ức chế mạnh DNase từ nấm, làm bất hoạt các enzyme mà chất cho điện tử hoạt động có chứa lưu huỳnh, oxy hay nitơ, ức chế quá trình oxy hóa glucose, glycerol, fumarate, succinate trong E. coli. Đó là tác động của ion Ag+, mặc dù tương tác của nano bạc đến vi khuẩn chưa được biết rõ, nhưng cơ chế hoạt động của nó có thể được miêu tả qua hình thái và cấu trúc những thay đổi bên trong tế bào vi khuẩn. Khi cho tế bào E. coli tiếp xúc với nano bạc trong thời gian ngắn, nano bạc
tấn công màng tế bào, khi vào bên trong, nano bạc tấn công vào chuỗi hô hấp, cuối dùng dẫn đến cái chết tế bào [36]. Nghiên cứu của Mirzajani và cộng sự (2013) cũng cho kết quả tương tự đối với vi khuẩn B.thuringiensis SBURR1 [41]. Hình 1.9 cho thấy tác động của hạt nano bạc đến màng tế bào.
Hình 1.9: Ảnh TEM cho thấy tác động của nano bạc đến tế bào vi khuẩn - a, d: trước khi tiếp xúc
-14-
Cơ chế kháng nấm của nano bạc cũng tương tự như kháng khuẩn. Kết quả nghiên cứu của Gopinath V. và Velusamy P. (2013) cho thấy hình thái sợi nấm
Fusarium oxysporum bị phân mảnh và hình dạng khơng đồng đều khi tiếp xúc với
nano bạc do màng tế bào bị hư hại, hạt nano bạc còn tác động đến màng tế bào của bào tử [21].
Do hạt nano bạc có khả năng cho proton nên chúng có thể phản ứng với các chất oxy hóa, bắt các gốc tự do. Ngoài ra khả năng này còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của hạt nano bạc. Nano bạc cịn có khả năng kháng viêm vì nó có thể ức chế hoạt tính matrix metalloproteinase. Nghiên cứu của Jain J. và cộng sự (2009), với nồng độ 100 µg/ml, dịch keo nano bạc gần như ức chế hồn tồn hoạt tính của matrix metalloproteinase-2 (gelatinase A) [27]. Nano bạc còn được dùng trong điều trị vết bỏng, tổn thương do bệnh tiểu đường. Vì vậy nghiên cứu khả năng kháng oxy hóa và kháng viêm của hạt nano bạc là cần thiết.
Một câu hỏi luôn được đề cập liệu nano bạc có gây độc hay không. Theo Zhao G. và Stevens S.E. (1998) bạc độc với hầu hết vi sinh vật nhưng ít độc với tế bào động vật có vú nên 1200 năm trước, bạc đã được dùng để phòng ngừa các bệnh về mắt, chữa bỏng, tránh nhiễm trùng vết thương [61]. Ahamed M. và cộng sự (2010) đã tập hợp các nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho thấy: trong nghiên cứu in vitro, với một nồng độ nhất định, nano bạc gây độc với tế bào phổi, gan, não. Ngồi ra, nano bạc cũng có tác động đến các động vật khác như cá Danio rerio, ruồi
Drosophila melanogaster, giun Caenorhabditis elegans [11]. Cơ chế tác động có
thể bao gồm cảm ứng tạo các phản ứng ROS (reactive oxygen species – phản ứng chứa oxy), stress oxy hóa, làm hư hỏng DNA và quá trình apoptosis [11]. Tuy nhiên theo nghiên cứu của Jain J. và cộng sự (2009) thì thời gian nano bạc gây stress oxy hóa tồn tại khơng đủ lâu để tổn thương đến tế bào, nồng độ gây apoptosis cũng được xác định là 250 µg/ml, và kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả cũng cho thấy nano bạc là một giải pháp thay thế an toàn cho thuốc kháng sinh [27]. Nano bạc cũng cho thấy có tiềm năng trong việc chữa các bệnh mà địi hỏi duy trì sự tập trung của thuốc hoặc mục tiêu là những tế bào, cơ quan đặc biệt như ung thư, HIV [11]. Nghiên cứu của Elechiguerre J.L. và cộng sự (2005) cho kết quả có sự tác động qua
-15-
lại giữa nano bạc và virus HIV-1 và có khả năng kiềm hãm sự xâm nhiễm HIV-1 vào tế bào chủ trong nuôi cấy in vitro [18].
Nano còn được nghiên cứu ứng dụng trong bảo quản trái cây cắt lát [15], hoa cắt cành [37][38][45], kháng ấu trùng [28], xử lý chất thải công nghiệp nhuộm [16].
1.5.2 Ở Việt Nam
Những năm gần đây, sử dụng vi sinh vật trong tổng hợp nano bạc cũng được chú trọng ở Việt Nam, một vài cơng trình nghiên cứu tiêu biểu như:
Nguyễn Thị Mỹ Lan và cộng sự (2009) nghiên cứu ứng dụng làm lành vết thương của hỗn hợp chitosan tan trong nước – bacterial cellulose – nano bạc [4].
Trần Vinh Hoàng và cộng sự (2010) tổng hợp, khảo sát đặc điểm và hoạt tính kháng khuẩn, kháng tăng sinh của monodisperse chitosan – based AgNP [54].
Năm 2010, Phan Huê Phương tổng hợp nano bạc bằng sinh khối Bacillus
subtilis theo hướng ngoại bào: 10g sinh khối phản ứng với 100 ml AgNO3 2 mM,
thời gian 4 ngày, hiệu suất tổng hợp là 46,76 %, dịch keo có bước sóng hấp thu 410 – 450 nm, hạt có kích thước trung bình 2 nm. Tác giả cũng thử nghiệm tổng hợp theo hướng nội bào bằng sinh khối Bacillus licheniformis, kết quả nhận được như
sau: 10g sinh khối phản ứng với 100 ml AgNO3 2 mM, thời gian 5 ngày, hiệu suất đạt 25,88 %, bước sóng hấp thu của dịch keo từ 350 – 390 nm và hạt có kích thước 5 – 8 nm. Khả năng ổn định của dịch keo tốt, hơn 3 tháng. Tác giả cũng đã thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn và tạo vải kháng khuẩn [8]
Cũng trong năm 2010, Nguyễn Hoàng Ngọc Phương nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp bạc nano bằng Fusarium oxysporum. Tác giả đã đưa ra mơ hình tổng hợp trên mơi trường agar dạng máng nghiêng có hệ thống chỉnh tốc độ dịng và thới gian lưu sau khi khảo sát cho thấy nano bạc sinh ra trên giá thể agar nhiều hơn trên mơi trường lỏng. Với mơ hình trên, thời gian tổng hợp giảm đi một nữa so với tổng hợp trên giá thể phẳng (5 ngày). Dịch keo nano bạc tổng hợp được có bước sóng hấp thu cực đại khoảng 388 nm, ổn định trong 4 tháng khảo sát mà không cần bổ sung chất tạo ổn định [9].
-16-
Một vài nghiên cứu khác như: Phan Thanh Sơn Nam và cộng sự (2012) sử dụng hạt đậu bắp (Hibiscus esculentus L.) và hoa hồng Đà Lạt để điều chế nano bạc theo hướng hóa học xanh [6], [24]. Nguyễn Thành Lợi (2014) tổng hợp trên dịch trích và sinh khối tảo Pseudokirchneriella [5].
Từ những cơng trình cơng bố, cho thấy nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp sinh học cụ thể trên đối tượng vi sinh vật vẫn đang rất được quan tâm, chú trọng và phát triển. Tuy nhiên từ những kết quả trên vẫn còn một số điểm hạn chế như:
Thời gian tổng hợp vẫn cịn dài, thường sau 24 giờ.
Sự hình thành hạt nano nội bào gây khó khăn cho q trình phân tách Canh trường sau ni cấy vẫn cịn chứa các thành phần của mơi trường. Bên cạnh đó ion bạc gây độc, ức chế sinh trưởng và phát triển với đa số các chủng vi sinh vật, làm giới hạn về nồng độ ion bạc cũng như chủng loài trong nghiên cứu.