CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC
2.2.2. Cơ chế kháng khuẩn của bạc
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của ion Ag+. Hiện nay cơ chế diệt khuẩn của nano bạc được giải thích chủ yếu dựa trên sự tương tác tĩnh điện giữa ion bạc mang điện tích dương và bề mặt tế bào vi khuẩn mang
14
điện tích âm và trên sự vô hiệu hóa nhóm thiol trong enzym vận chuyển ôxy, hoặc trên sự tương tác của ion bạc với DNA dẫn đến sự đime hóa pyridin và cản trở quá trình sao chép DNA của tế bào vi khuẩn.
Các nhà khoa học thuộc hãng Inovation của Hàn Quốc cho rằng: bạc tác dụng trực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các glycoprotein đƣợc liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng. Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc đƣợc lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn có thể lại đƣợc phục hồi. Các tế bào động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật.
Chúng có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đôi có khả năng cho điện tử do đó không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion bạc (hình 2.7).
.
Hình 2. 7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn
Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn cũng đƣợc các nhà khoa học Trung Quốc làm việc trong hãng Anson mô tả như sau: khi ion Ag+ tương tác với lớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ phản ứng với nhóm sunphohydril –SH
15
của phân tử enzym vận chuyển oxy và vô hiệu hóa enzym này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn theo phương trình sau:
2Ag+ + O2- --> 2Ag0 + O0
Bên cạnh đó, các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vi khuẩn bằng cách sản sinh ra ôxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt nano bạc.
Hình 2. 8: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn
Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng liên kết với các bazơ của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphat do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA (hình 2.9).
Hình 2. 9: Ion bạc liên kết với các bazơ của DNA
Cho đến nay, quan điểm về cơ chế tác động của nano bạc lên tế bào vi sinh vật đƣợc hầu hết các nhà khoa học thừa nhận đó là quá trình biến đổi các nguyên tử bạc kim loại trên bề mặt hạt nano bạc thành các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi khuẩn. Song song đó, các nhà khoa học đã đề xuất một số giả thiết về cơ chế khử trùng của nano bạc nhƣ sau:
- Quá trình ôxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn hoặc phá hủy nguyên sinh chất bởi ôxy hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của bạc.
16
- Quá trình 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 gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lƣợng 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 nhƣ phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn.
- Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng tế bào.
Ngoài ra, một số nhà khoa học còn cho rằng ion bạc có khả năng vô hiệu hóa các loài virut gây bệnh đậu mùa, bệnh cúm A-1, B, adenovirus và HIV, cho hiệu quả điều trị tốt đối với các bệnh virut Marburg, virut bệnh đường ruột (enteritis) và virut bệnh chó dại. Tuy nhiên, để có thể vô hiệu hóa hoàn toàn virut bacteriophag đường ruột N163, virut Koksaki serotyp A-5, A-7, A-14 cần đến nồng độ bạc cao hơn (0,5 – 5,0 mg/lít) so với trường hợp xử lý Escherichia, Salmonella, Shigellia và các loài virut đường ruột khác (0,1 – 0,2 mg/lít).
Nano bạc thể hiện mạnh mẽ khả năng diệt nấm: tại nồng độ 0,1mg/lít, với mật độ 105 tế bào/lít, nấm Candida albicans có thể bị vô hiệu hóa hoàn toàn sau 30 phút tiếp xúc.
Hình 2. 10: Một số loài vi sinh vật điển hình bị diệt bằng nano bạc [20]