CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. TỔNG QUAN VỀ NANO BẠC
1.3.1. Tính chất của nano bạc
Bạc kim loại từ lâu đã đƣợc sử dụng làm chất diệt khuẩn, nhƣng khi ở trạng thái phân tán với kích thƣớc nanomet thì khả năng diệt khuẩn của bạc đƣợc tăng lên gấp bội. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hạt nano bạc cho hiệu quả diệt khuẩn rất cao (khoảng 99%) chỉ với liều lƣợng nhỏ. Tính kháng khuẩn của nano bạc thể hiện mạnh nhất ở kích thƣớc 1-100nm.
Bạc là một kim loại có khả năng kháng khuẩn tuyệt vời nhất trên thế giới nhờ ion Bạc (Ag+
). Mặc dù, ion kim loại qúy khác nhƣ Au, Pt, Pd, Ir và một số kim loại chuyển tiếp khác nhƣ Cu, Zn, Fe, Co, Ni cũng đều có khả năng diệt khuẩn, nhƣng chỉ có ion bạc thể hiện tính năng đó mạnh nhất cho tới nay.
Ion Ag+ trong bạc chính là yếu tố trực tiếp có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật. Khi ở dạng muối bạc, dung dịch có Ag+ nên có tác dụng diệt khuẩn mạnh. Ở dạng Nano bạc, diện tích tiếp xúc của Bạc trở nên lớn hơn rất nhiều so với dạng thơng thƣờng chính vì vậy khả năng diệt khuẩn hiệu quả gấp bội.
Ƣu điểm của nano bạc so với thuốc kháng sinh: nano bạc giết chết vi khuẩn ngay lập tức bằng cơ chế ức chế hô hấp nên vi khuẩn khơng có khả
năng kháng lại nano bạc. Các tế bào của con ngƣời ở dạng mô nên không bị ảnh hƣởng bởi quá trình này. Khơng nhƣ các thuốc kháng sinh bị hấp thụ trong quá trình diệt khuẩn, nano bạc hoạt động nhƣ chất xúc tác mà không bị hấp thụ hoặc hấp thụ lƣợng rất nhỏ và không ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe [13].
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+. Hiện nay tồn tại một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn của hạt nano bạc đƣợc nhiều ngƣời ủng hộ nhƣ sau:
- Các nhà khoa học Hàn Quốc cho rằng: Các ion Ag+ vừa mới đƣợc giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc sẽ tƣơng tác với các nhóm peptidoglycan (thành phần cấu tạo nên màng tế bào của vi khuẩn) và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Các tế bào động vật thuộc nhóm sinh vật đa bào có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào sinh vật đơn bào (nấm, vi khuẩn và virus). Tế bào động vật có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đơi bền vững có khả năng cho điện tử, do đó khơng cho phép các ion Ag+
xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thƣơng khi tiếp xúc với các ion Ag+ [14].
- Các nhà khoa học Trung Quốc mô tả cơ chế nhƣ sau: khi ion Ag+ tƣơng tác với lớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh, nó sẽ phản ứng với nhóm sulphohydryl (-SH) của phân tử enzyme vận chuyển oxy và vơ hiệu hóa enzyme này dẫn đến ức chế q trình hơ hấp của tế bào vi khuẩn [15].
- Ngoài ra, ion Ag+ hút mạnh các nhóm mang điện tích âm trong các phân tử sinh học nhƣ sulfohydryl, carboxyl, phosphate phân bổ ở khắp nơi trên các tế bào vi khuẩn. Phản ứng ràng buộc này làm thay đổi cấu trúc phân tử của các phân tử lớn, tạo ra các lỗ hổng làm thay đổi tính thấm và sự hơ hấp của tế bào. Đồng thời, ion Ag+ tấn công vào rất nhiều vị trí trong tế bào làm mất khả năng hoạt động của các chức năng nhƣ sự tổng hợp thành tế bào, màng vận chuyển, sự tổng hợp các axit nucleic, gây bất hoạt enzyme và làm rối loạn q trình sao mã DNA. Khơng có các chức năng này, các vi sinh vật bị kiềm chế hoặc bị chết [16].
Vật liệu nano bạc đã đƣợc nhiều cơng trình nghiên cứu và cơng bố là có tính kháng khuẩn cao, cơ chế kháng khuẩn chính của vật liệu nano bạc vì chúng có khả năng nhƣ sau [17-22]:
- Vơ hiệu hóa enzyme: Các enzyme do vi sinh vật sinh ra thƣờng chứa các cầu nối disunfit (S-S), các cầu nối này đóng vai trị nhƣ một cơng tắc đóng, mở thuận nghịch để tạo ra protein khi tế bào vi khuẩn gặp các phản ứng oxy hóa. Các hạt nano bạc liên kết các cầu nối này trong cấu trúc tế bào của vi sinh vật và giải phóng ion bạc từ các hạt nano bằng cách tƣơng tác với các nhóm thiol của nhiều enzyme quan trọng và vơ hiệu hóa chúng nên có khả năng diệt khuẩn, vi nấm.
- Phá vỡ thành tế bào: Vật liệu nano bạc hỗ trợ quá trình tạo ra các oxy hoạt tính trong khơng khí hoặc trong nƣớc, những oxy hoạt tính này phá vỡ màng tế bào hoặc thành tế bào của vi khuẩn bằng cách tạo ra các phản ứng oxy hóa. Các phản ứng này hình thành các gốc bạc tự do làm cho màng tế bào bị xốp.
- Ngăn cản sinh trƣởng của vi khuẩn: các hạt nano bạc có thể neo bám vào bề mặt tế bào vi khuẩn rồi xuyên qua màng tế bào và điều chỉnh các tín hiệu chuyển hóa trong vi khuẩn, ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn.
Hình 1.8: Cơ chế kháng khuẩn của vật liệu nano bạc
Nano bạc có thể tác động lên 650 lồi vi khuẩn. Trong khi phổ tác động của bất kỳ chất kháng sinh nào cũng chỉ từ 5 – 10 loài. Hầu hết các chủng vi khuẩn gây bệnh thƣờng gặp nhƣ vi khuẩn gây viêm họng, viêm phổi, vi khuẩn uốn ván, gây bệnh ngoài da, viêm khuẩn hiếm khí và kỵ khí, gram âm và gram dƣơng đều bị tiêu diệt bởi ion Bạc có trong Nano bạc. Nhờ cơ chế tác động không phân biệt giữa vi khuẩn này với vi khuẩn khác nên Nano bạc hầu nhƣ không bị kháng giống nhƣ kháng sinh, do đó, thƣờng là một giải pháp hiệu quả thay thế kháng sinh khi không thực sự cần thiết, nhất là các nhiễm trùng tại chỗ, trên da, niêm mạc [23].
Ion bạc trong các hạt Nano bạc có khả năng vơ hiệu hóa các lồi virut gây bệnh đậu mùa, bệnh cúm A-1, B, adenovirus và HIV. Nano bạc cũng có điều trị hiệu quả các bệnh virus Marburg, virus bệnh đƣờng ruột (enterit) và virut bệnh dại. Tuy nhiên, để có thể vơ hiệu hóa hồn tồn virut bacteriophage đƣờng ruột N163, virut Koksaki serotyp A-5, A-7, A-14 cần đến nồng độ bạc cao hơn (0.5 – 5.0mg/lít – tƣơng đƣơng 5ppm Nano bạc plasma tinh khiết) so với trƣờng hợp xử lý Escherichia, Salmonella, Shigellia và các loài virut đƣờng ruột khác (0.1 – 0.2 mg/lít – tƣơng đƣơng 0.1-0.2ppm Nano bạc Plasma tinh khiết) [23].
Số liệu công bố của Kulskii A. L. cho thấy khả năng diệt nấm của ion bạc. Tại nồng độ 0.1mg/lít (tƣơng đƣơng 0.1ppm) bạc thể hiện rõ khả năng diệt nấm. Với mật độ 105 tb/lít nấm Candida albicans bị vơ hiệu hóa hồn toàn sau 30 phút tiếp xúc. Nấm Candida albicans thƣờng gây bệnh trên ngƣời, đặc biệt là viêm nhiễm phụ khoa sinh dục, viêm miệng lở loét. Ngoài ra, Nano bạc cũng có phổ tác dụng trên nhiều loại nấm khác đã đƣợc thử nghiệm sử dụng hiệu quả [23].