(Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Môi Trường) Nghiên Cứu Tổng Hợp Và Đánh Giá Khả Năng Diệt Khuẩn Của Chế Phẩm Nano Bạc Ổn Định Bằng Benzalkonium Chloride

1.1.3 Cơ chế diệt khuẩn cÿa nano bạc 8

1.1.4 Tác dụng cÿa nano bạc lên cơ thể động vật bậc cao 11

1.1.5 Các āng dụng cÿa nano bạc 12

1.1.6 Các phương pháp khảo sát các tính chất đặc trưng cÿa nano bạc 14

1.1.7 Tình hình nghiên cāu về nano bạc trên thế giới và ở Việt Nam 15

1.2 Táng quan về benzalkonium chloride (BKC) 20

1.2.1 Giới thiệu chung 20

1.3.2 Khuẩn Staphylococcus aureus 27

CH¯¡NG 2 NGUYÊN VÀT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĀU 30 2.1 Nguyên vÁt liáu 30

CH¯¡NG 3 KÀT QUÀ VÀ THÀO LUÀN 41

3.1 KÁt quÁ nghiên cāu táng hÿp chÁ phẩm nano b¿c án đánh bằng benzalkonium chloride 41

3.1.1 KÁt quÁ táng hÿp nano b¿c 41

3.1.2 KÁt quÁ đánh giá một sá đặc tr°ng hóa lý cÿa chÁ phẩm nano b¿c đã táng hÿp đ°ÿc 44

3.1.2.1 Phổ plasmon cÿa các mẫu thu được 44

3.1.2.2 Kích thước hạt trung bình cÿa các mẫu tổng hợp được 45

3.1.2.3 Thế zeta cÿa các mẫu tổng hợp được 48

3.1.2.4 Kết quả đặc trưng bằng phương pháp TEM 50

3.1.3 Nghiên cāu đánh giá độ án đánh cÿa chÁ phẩm nano b¿c táng hÿp đ°ÿc &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.52 3.1.3.1 Độ ổn định cÿa phổ plasmon 53

3.1.3.2 Độ ổn định cÿa kích thước hạt trung bình 54

DANH MĀC TĆ VI¾T TÈT

AFM Atomic Force Microscope Kính hiển vi lực nguyên tử ASFV African swine fever virus Virus dách tÁ lÿn châu Phi

BKC Benzalkonium chloride

DLS Dynamic light scattering Ph°¢ng pháp tán x¿ Laser động

EDS Energy Dispersive X-ray

spectroscopy Phá tán sÃc năng l°ÿng tia X

SEM Scanning Electron

quét TEM Transmission Electron

truyền qua XPS X-ray photoelectron

spectroscopy Phá quang đián tử tia X XRD X-ray difractometry Phá nhißu x¿ tia X UV-VIS Ultra Violet-Visible

kiÁn

DANH MĀC HÌNH

Hình 1 Quá trình hình thành các h¿t nano b¿c [4] 5

Hình 2 Quá trình táng hÿp nano b¿c bằng ph°¢ng pháp ăn mòn laser [5] 7

Hình 3 Mô phßng c¢ chÁ tác động lên tÁ bào vi khuẩn cÿa nano b¿c (AgNP) [14] 10

Hình 4 Công thāc cÃu t¿o cÿa Benzalkonium chloride 21

Hình 5 ChÁ phẩm BKC 80 xử lý n°ớc ao hß nuôi tôm 23

Hình 6 Một lo¿i thuác nhß mÃt chāa thành phÅn BKC 23

Hình 7 Mô phßng chÿng vi khuẩn E.coli 27

Hình 8 Mô phßng vi khuẩn Staphylococcus aureus 28

Hình 9 S¢ đß quy trình táng hÿp chÁ phẩm nano b¿c án đánh bằng benzalkonium chloride 32

Hình 10 S¢ đß mặt cÃt kính hiển vi đián tử truyền qua [64] 36

Hình 11 Vi khuẩn đ°ÿc l°u và tăng sinh trong phòng thí nghiám 38

Hình 12 Quy trình thí nghiám đánh giá khÁ năng kháng khuẩn cÿa chÁ phẩm nano b¿c án đánh bằng benzalkonium chloride 39

Hình 13 Ph°¢ng pháp pha loãng m¿u 39

Hình 14 Các ion BH4-đ°ÿc hÃp phā trên bề mặt các h¿t nano b¿c [61] 43

Hình 15 Một m¿u dung dách chāa nano b¿c táng hÿp đ°ÿc 43

Hình 16 Phá plasmon cÿa m¿u M19 và các dung dách pha loãng tă nó 45

Hình 17 Cuvet nhựa để đo DLS 45

Hình 18 KÁt quÁ đo kích th°ớc h¿t và phân bá kích th°ớc h¿t cÿa m¿u M19 47

Hình 19 Cuvet nhựa có đián cực than chì để đo thÁ zeta 48

Hình 20 KÁt quÁ đo thÁ zeta cÿa m¿u M19 50

Hình 21 Ành TEM m¿u nano b¿c táng hÿp bằng ph°¢ng pháp hóa học án đánh bằng BKC Độ phóng đ¿i 50.000 lÅn 51

Hình 22 Ành TEM m¿u nano b¿c táng hÿp bằng ph°¢ng pháp hóa học án đánh bằng BKC Độ phóng đ¿i 100.000 lÅn 51

Hình 23 Ành TEM m¿u nano b¿c táng hÿp bằng ph°¢ng pháp hóa học án đánh bằng BKC Độ phóng đ¿i 200.000 lÅn 52

Hình 24 BiÁn thiên kích th°ớc h¿t trung bình t¿i các thßi điểm sau táng hÿp 56Hình 25 Đß thá biÁn thiên thÁ zeta cÿa các m¿u theo dõi 60

Hình 26 KÁt quÁ diát khuẩn E.coli trực quan cÿa các m¿u chÁ phẩm với hàm

l°ÿng b¿c khác nhau sau 10 phút tiÁp xúc 61 Hình 27 KÁt quÁ diát khuẩn S.aureus trực quan cÿa các m¿u chÁ phẩm với hàm l°ÿng b¿c khác nhau sau 10 phút tiÁp xúc 63

DANH MĀC BÀNG

BÁng 1 Một sá ph°¢ng pháp dùng cho khÁo sát tính chÃt cÿa nano b¿c 14

BÁng 2 Một sá lĩnh vực āng dāng nano b¿c với vai trò một chÃt diát khuẩn 15 BÁng 3 Nßng độ tái thiểu āc chÁ vi khuẩn (MIC) và nßng độ tái thiểu diát khuẩn (MBC) cÿa BKC đái với một sá chÿng vi khuẩn [47] 22

BÁng 4 Liều l°ÿng gây độc (LD50) cÿa BKC với chuột thí nghiám qua các đ°ßng tiÁp xúc khác nhau [57] 25

BÁng 5 Quy đánh về nßng độ Benzalkonium chloride (BKC) cho phép trong sÁn phẩm th°¢ng m¿i á một sá quác gia/khu vực [47] 26

BÁng 6 Các m¿u dung dách nano b¿c đ°ÿc táng hÿp 41

BÁng 7 Phá hÃp phā plasmon cÿa các dung dách nano b¿c điều chÁ đ°ÿc (WL = Wave Length = b°ớc sóng) 44

BÁng 8 Kích th°ớc h¿t trung bình cÿa các m¿u nano b¿c táng hÿp đ°ÿc 46

BÁng 9 Giá trá thÁ zeta và độ bền cÿa há phân tán [64] 48

BÁng 10 ThÁ zeta cÿa các m¿u táng hÿp đ°ÿc 49

BÁng 11 Các m¿u đ°ÿc theo dõi độ án đánh 53

BÁng 12 Độ biÁn thiên cÿa cực đ¿i hÃp phā trên phá UV-VIS cÿa các m¿u nghiên cāu 53

BÁng 13 BiÁn thiên kích th°ớc h¿t trung bình cÿa các m¿u theo dõi 54

BÁng 14 Tác độ sa lÃng cÿa các h¿t nano b¿c trong môi tr°ßng mới táng hÿp 57

BÁng 15 Tác độ sa lÃng cÿa các h¿t nano trong môi tr°ßng đã thêm BKC tới 60g/L 58

BÁng 16 ThÁ zeta cÿa các m¿u theo dõi 59

BÁng 17 KÁt quÁ diát khuẩn E.coli cÿa chÁ phẩm nano b¿c táng hÿp đ°ÿc với các nßng độ b¿c khác nhau 61

BÁng 18 KÁt quÁ so sánh hiáu quÁ khử trùng cÿa chÁ phẩm với các thành phÅn riêng r¿ đái với vi khuẩn E.coli 62

BÁng 19 KÁt quÁ diát khuẩn S.aureus cÿa chÁ phẩm nano b¿c táng hÿp đ°ÿc với các nßng độ b¿c khác nhau 63

BÁng 20 KÁt quÁ so sánh hiáu quÁ khử trùng cÿa chÁ phẩm với các thành phÅn riêng r¿ đái với vi khuẩn S.aureus 64

Mæ ĐÀU

Ngành chăn nuôi á Viát Nam là một bộ phÁn quan trọng cÃu thành cÿa nông nghiáp Viát Nam, đßng thßi cũng là một nhân tá quan trọng trong nền kinh tÁ Viát Nam Chăn nuôi á n°ớc ta có lách sử tă lâu đßi, đóng góp lớn vào c¢ cÃu kinh tÁ, xóa đói giÁm nghèo& Tuy nhiên, ngành chăn nuôi á n°ớc ta nói chung và chăn nuôi lÿn nói riêng nằm á trình độ phát triển ch°a cao, quy mô còn nhß lẻ Các hộ chăn nuôi nhß lẻ th°ßng là mÃt xích yÁu nhÃt, dß bá tán th°¢ng nhÃt tr°ớc những mái đe dọa về dách bánh Nguyên nhân chính cÿa vÃn đề này, đó là ng°ßi chăn nuôi nhß lẻ không sá hữu những công cā phòng bánh hiáu quÁ Những hóa chÃt có khÁ năng sát trùng, khử khuẩn m¿nh th°ßng rÃt độc đái với vÁt nuôi, không đ°ÿc phép sử dāng khi có mặt vÁt nuôi trong chußng, khiÁn cho viác khử trùng th°ßng quy chußng tr¿i rÃt khó thực hián Những chÃt sát trùng đ°ÿc phép sử dāng trực tiÁp khi có mặt gia súc trong chußng tr¿i l¿i không có khÁ năng diát tră hoàn toàn vi khuẩn, virus gây bánh

Sự phát triển cÿa công nghá nano và sự ra đßi cÿa các vÁt liáu nano cho phép chúng ta có hy vọng t¿o ra đ°ÿc những chÃt diát khuẩn tái °u Khi nói về các vÁt liáu nano có tính khử trùng, ng°ßi ta nghĩ ngay tới nano b¿c B¿c là nguyên tá có ho¿t tính kháng khuẩn tự nhiên m¿nh nhÃt đ°ÿc tìm thÃy trên trái đÃt, các ion b¿c và các hÿp chÃt gác b¿c đã đ°ÿc sử dāng hiáu quÁ trong y học Trung Quác và Ân Độ cá đ¿i [1] Ngày nay khi sử dāng b¿c cho māc đích diát khuẩn ng°ßi ta th°ßng sử dāng d°ới d¿ng các h¿t nano do hiáu quÁ cao h¢n gÃp nhiều lÅn TÃt nhiên cÅn chú ý tới các thuộc tính đặc biát nh° kích th°ớc, hình d¿ng cÿa các h¿t nano, các thông sá này đóng vai trò quan trọng trong viác bÃt ho¿t hoặc tiêu diát vi khuẩn

KhÁ năng diát nhiều lo¿i vi khuẩn, trong đó có cÁ những vi khuẩn đa kháng thuác khiÁn nano b¿c có thể đ°ÿc āng dāng trong thú y và trong chăn nuôi Các nhà nghiên cāu t¿i Đ¿i học Táng hÿp Lomonosov cÿa Nga đã phát triển chÁ phẩm Argumistin trên c¢ sá nano b¿c và benzyl-dimethil-[3-miristoilamino)-propyl]-ammoni chloride (tên th°¢ng m¿i là Miramistin) [2] ChÁ phẩm Argumistin đã đ°ÿc cÃp phép sử dāng trong chăn nuôi gia súc, gia cÅm với vai trò là một thuác kháng sinh phá rộng, th°ßng đ°ÿc sử dāng để chữa các bánh về đ°ßng ruột, đ°ßng hô hÃp, sát trùng vÁt th°¢ng& cho vÁt nuôi mà không có bÃt kì tác dāng phā nào Các thí nghiám trên tā cÅu vàng cho thÃy, viác sử dāng kÁt hÿp nano b¿c với Miramistin cho hiáu quÁ tác dāng tă 10-20 lÅn tát h¢n so với các thành phÅn riêng lẻ Hiáu āng cộng năng cÿa Miramistin và nano b¿c đ°ÿc giÁi thích nh° sau: do Miramistin là một hÿp

chÃt ammoni bÁc 4, ván là một chÃt ho¿t động bề mặt cation, khi t°¢ng tác với bề mặt vi khuẩn s¿ làm giÁm tính bền vững cÿa lớp vß, tă đó giúp phÅn tử nano b¿c xâm nhÁp dß dàng h¢n vào nội bào vi khuẩn Một trá ng¿i khiÁn cho Miramistin ch°a đ°ÿc sử dāng phá biÁn đó là giá thành cÿa nó còn quá đÃt đß, chß phù hÿp khi sử dāng làm thuác cho ng°ßi và động vÁt cÁnh Ch°a phù hÿp để sử dāng cho sát trùng chußng tr¿i chăn nuôi á sá l°ÿng lớn H¢n nữa Miramistin và các chÁ phẩm chāa chÃt này ch°a đ°ÿc cÃp phép sử dāng trong chăn nuôi á Viát Nam

Trong sá những chÃt diát khuẩn đ°ÿc cÃp phép sử dāng á Viát Nam (trong sinh ho¿t, trong thú y và thÿy sÁn) cũng có những hÿp chÃt ammoni bÁc 4 nh°: benzalkonium chloride (BKC), didecyldimethylammonium chloride (DDAC), dimethylcocobenzyl amonium chloride& (ví dā nh° các chÁ phẩm Sagluxide, Belucid, VT-BKC 80, Gludekol, BTV Glutar, Rebencid, Nova-MC.A30, EMI protect, G-Omnicide, Amonicid, Anicide, &) [3] Những hÿp chÃt này hoàn toàn có thể đóng vai trò t°¢ng tự nh° Miramistin, có tác dāng bÁo vá, án đánh và tăng c°ßng ho¿t tính cÿa các h¿t nano b¿c trong hỗn hÿp với chúng Hai °u thÁ tuyát đái cÿa các hÿp chÃt này khi so sánh với Miramistin: 1 – giá thành rẻ; 2 – đã đ°ÿc cÃp phép sử dāng t¿i Viát Nam để khử trùng bề mặt và sử dāng trong thú y Viác chÁ t¿o những chÃt khử trùng phá rộng, giá thành rẻ để có thể sử dāng á quy mô lớn trong chăn nuôi là rÃt triển vọng

Đặc tính kháng khuẩn cÿa nano b¿c đã đ°ÿc khẳng đánh trong nhiều công trình khoa học Tuy nhiên āng dāng cÿa sÁn phẩm này trong thực tÁ có nhiều h¿n chÁ do giá thành còn cao Benzalkonium chloride (BKC) là một hÿp chÃt amoni bÁc bán đã đ°ÿc āng dāng rộng rãi trong xử lý vÁi sÿi, giÃy, xử lý n°ớc, khử trùng vá sinh dāng cā y tÁ, khử trùng chußng tr¿i chăn nuôi, ao nuôi trßng thÿy sÁn đ°ÿc đánh giá là hiáu quÁ và an toàn Viác sử dāng benzalkonium chloride – một chÃt ho¿t động bề mặt cation có ho¿t tính diát khuẩn – làm chÃt án đánh cho nano b¿c hāa hẹn giúp giÁm nßng độ nano b¿c cÅn thiÁt để đ¿t hiáu quÁ diát khuẩn, tă đó đem l¿i triển vọng āng dāng trong

thực tÁ Do đó, đề tài: <Nghiên cąu táng hÿp và đánh giá khÁ nng diát khuÃn căa ch¿ phÃm nano b¿c án đßnh bËng benzalkonium chloride= đ°ÿc tiÁn hành nghiên cāu Māc đích cÿa đề tài là táng hÿp chÁ phẩm nano b¿c bằng ph°¢ng pháp hóa học, sử dāng benzalkonium chloride (BKC) làm chÃt án đánh và đánh giá khÁ năng diát một sá lo¿i vi khuẩn cÿa chÁ phẩm thu đ°ÿc, đánh h°ớng āng dāng chÁ phẩm để khử trùng chußng tr¿i trong chăn nuôi và nhiều lĩnh vực khác phāc vā cho đßi sáng

Māc tiêu nghiên cąu

- Táng hÿp chÁ phẩm nano b¿c bằng ph°¢ng pháp hóa học, sử dāng benzalkonium chloride (BKC) làm chÃt án đánh

- Đánh giá khÁ năng diát một sá lo¿i vi khuẩn gây bánh (E.coli và Staphylococcus aureus) trong điều kián phòng thí nghiám

Đối t°ÿng nghiên cąu

- ChÁ phẩm nano b¿c táng hÿp bằng ph°¢ng pháp hóa học, sử dāng benzalkonium chloride làm chÃt án đánh;

- Hai lo¿i vi khuẩn gây bánh: E.coli và Staphylococcus aureus

Ph¿m vi nghiên cąu

- Nghiên cāu táng hÿp chÁ phẩm nano b¿c án đánh bằng benzalkonium chloride (BKC), đánh giá một sá đặc tr°ng hóa lý cÿa chÁ phẩm táng hÿp đ°ÿc (thÁ zeta, kích th°ớc h¿t, phân bá kích th°ớc h¿t), đánh giá độ án đánh cÿa chÁ phẩm;

- Nghiên cāu đánh giá khÁ năng diát vi khuẩn gây bánh: E.coli và

S.aureus cÿa chÁ phẩm trong điều kián phòng thí nghiám

Ý ngh*a khoa hác và ý ngh*a thực tißn căa đề tài

Các kÁt quÁ đ¿t đ°ÿc cÿa nghiên cāu này s¿ góp phÅn hoàn thián công nghá táng hÿp chÁ phẩm nano b¿c án đánh bằng BKC để āng dāng trong ngành chăn nuôi và công nghá môi tr°ßng với vai trò là các tác nhân kháng khuẩn hiáu quÁ

CH¯¡NG 1 TàNG QUAN 1.1 Táng quan về nano b¿c

1.1.1 Giới thiệu chung

Theo đánh nghĩa cÿa Tá chāc quác tÁ về Tiêu chuẩn thì vÁt liáu nano là vÁt liáu có bÃt kỳ kích th°ớc bên ngoài nào nằm trong khoÁng tă 1 đÁn 100 nm; hiáu āng cÿa kích th°ớc cỡ nanomet lên các tính chÃt cÿa vÁt liáu là rÃt đáng kể VÁt liáu nano có dián tích bề mặt cực lớn so với tỷ lá thể tích, vì vÁy, một sá chúng có phÁn āng hoặc ho¿t tính xúc tác m¿nh Một điều quan trọng nữa đó là các thông sá cÿa vÁt liáu nano có thể điều khiển đ°ÿc trong quá trình táng hÿp, vì vÁy các vÁt liáu nano có thể đ°ÿc sử dāng trong rÃt nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có lĩnh vực khử trùng Một sá vÁt liáu nano đã đ°ÿc āng dāng nh° chÃt khử trùng n°ớc, chÃt khử trùng trong bánh vián, chÃt bÁo quÁn thực phẩm và thiÁt bá y tÁ

B¿c là một nguyên tá hóa học có sá hiáu nguyên tử bằng 47 trong bÁng tuÅn hoàn nguyên tá, ký hiáu Ag (tă tiÁng Latin: Argentum) Là một kim lo¿i chuyển tiÁp màu trÃng, mềm, có độ d¿n nhiát cao nhÃt trong tÃt cÁ kim lo¿i Kim lo¿i b¿c xuÃt hián trong tự nhiên có thể á d¿ng nguyên chÃt, nh° b¿c tự sinh, và á d¿ng hÿp kim với vàng và các kim lo¿i khác, và á trong các khoáng vÁt nh° argentit và chlorargyrit

H¿t nano b¿c là những h¿t b¿c có kích th°ớc cỡ nano khoÁng tă 1-100 nm Các h¿t nano b¿c có hiáu āng bề mặt vô cùng lớn giúp gia tăng tiÁp xúc cÿa chúng với vi khuẩn hoặc nÃm vì thÁ cho hiáu quÁ diát khuẩn ngay khi tiÁp xúc Các h¿t nano b¿c có hián t°ÿng cộng h°áng plasmon bề mặt Hián t°ÿng này t¿o nên màu sÃc tă vàng nh¿t đÁn đen cho các dung dách có chāa nano b¿c, với các màu sÃc phā thuộc vào nßng độ và kích th°ớc h¿t nano

Nano b¿c có nhiều °u điểm v°ÿt trội nh° dián tích bề mặt riêng lớn, tính d¿n đián, d¿n nhiát, khử trùng, cháng nÃm mác, khử mùi, phát x¿ tia hßng ngo¿i xa, có khÁ năng phân tán án đánh trong nhiều lo¿i dung môi, có tính án đánh hóa học cao và không bá biÁn đái d°ới tác dāng cÿa ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông th°ßng

Nhß những thành tựu to lớn cÿa công nghá nano, ngày nay nguyên tá b¿c á d¿ng h¿t nano đã trá thành vÁt liáu đ°ÿc āng dāng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cÿa đßi sáng nh° y học, nông nghiáp, công nghiáp, môi tr°ßng

1.1.2 Các phương pháp tổng hợp nano bạc

Có nhiều ph°¢ng pháp khác nhau đã đ°ÿc nghiên cāu và phát triển để táng hÿp nano b¿c, gßm hai h°ớng chính: (1) tă các nguyên tử kÁt hÿp l¿i thành h¿t nhß, rßi tă h¿t nhß kÁt dính l¿i với nhau t¿o ra h¿t lớn h¢n (gọi là bottom-up) và (2) đi tă vÁt liáu khái lớn, phân chia nhß ra thành các h¿t có kích th°ớc nano (gọi là top-down) Tùy theo nguyên lý cÿa ph°¢ng pháp có thể chia ra thành ph°¢ng pháp hóa học, ph°¢ng pháp vÁt lý và ph°¢ng pháp sinh học Với mỗi ph°¢ng pháp chÁ t¿o h¿t nano b¿c, vÃn đề chính là cÅn phÁi kiểm soát đ°ÿc các thông sá phân bá kích th°ớc h¿t đßng đều, hình thái học, độ án đánh cÿa h¿t nano cũng nh° cÃu trúc tinh thể

* Phương pháp hóa học

Nguyên lý cÿa ph°¢ng pháp này là sử dāng tác nhân hóa học để khử ion Ag+ thành nguyên tử Ago Sau đó, các nguyên tử Ago này kÁt dính l¿i với nhau t¿o thành các h¿t Ag có kích th°ớc lớn h¢n Trong ph°¢ng pháp này, các hóa chÃt th°ßng đ°ÿc sử dāng bao gßm nguyên liáu đÅu vào chāa ion Ag+nh° các muái Ag2SO4, AgNO3, AgClO4&và các chÃt khử nh° citrate, borohydride, axit ascorbic, glucose, formaldehyde, ethylene glycol hay dách chiÁt tă thực vÁt [4]

Hình 1 Quá trình hình thành các h¿t nano b¿c [4]

Quá trình các h¿t nano b¿c đ°ÿc hình thành khi táng hÿp bằng ph°¢ng pháp khử hóa học dißn ra theo trình tự sau: các ion Ag+ nhÁn electron t¿o thành nguyên tử Ago, sau đó các nguyên tử này l¿i kÁt dính l¿i với nhau t¿o thành các h¿t b¿c có kích th°ớc vài nm NÁu trong dung dách không có chÃt án đánh thì các h¿t nhß này s¿ tiÁp tāc liên kÁt với nhau thành các h¿t lớn h¢n và có thể t¿o thành kÁt tÿa tách ra khßi dung dách Để duy trì dung dách nano b¿c, trong quá trình táng hÿp ta phÁi bá sung chÃt án đánh, th°ßng là chÃt ho¿t động bề mặt Các nhóm chÃt này có tác dāng ngăn chặn sự liên kÁt cÿa các h¿t b¿c với nhau, duy trì kích th°ớc nhß cÿa các h¿t b¿c và nhß đó giúp dung

* Phương pháp vật lý

Các h¿t nano b¿c cũng có thể đ°ÿc táng hÿp bằng các ph°¢ng pháp vÁt lý cho thành phẩm có độ tinh khiÁt cao Một sá ph°¢ng pháp vÁt lý đã đ°ÿc nghiên cāu āng dāng nh° : ph°¢ng pháp bay h¢i - ng°ng tā (evaporation - condensation), ph°¢ng pháp ăn mòn laser (laser ablation), ph°¢ng pháp dùng siêu âm (sono-decomposition), nhiát phân, in th¿ch bÁn (lithography), khử quang hóa (photochemical reduction), hay chiÁu x¿ tia gamma Với ph°¢ng pháp bay h¢i - ng°ng tā, kim lo¿i b¿c đ°ÿc nung nóng á nhiát độ cao đÁn h¢n 2000°C và bá bay h¢i H¢i này s¿ ng°ng tā t¿o thành h¿t nano b¿c khi tiÁp xúc với môi tr°ßng l¿nh (dòng khí l¿nh tr¢ hoặc dung môi) Các h¿t nano b¿c thu đ°ÿc bằng ph°¢ng pháp này có kích th°ớc khoÁng 10 - 20 nm Ph°¢ng pháp ăn mòn laser có thể t¿o ra các h¿t b¿c có kích th°ớc rÃt nhß, cỡ 2 - 5 nm Điều đặc biát là dung dách nano b¿c t¿o ra bằng ph°¢ng pháp này có độ bền cao trong nhiều tháng mà không cÅn sử dāng chÃt án đánh Để đ¿t đ°ÿc kÁt quÁ nh° vÁy, Pyatenko và cộng sự đã sử dāng tia laser có năng l°ÿng cao (340 mJ/ pulse) và kích th°ớc chùm tia nhß 0,5 mm [4]

Hình 2 Quá trình táng hÿp nano b¿c bằng ph°¢ng pháp ăn mòn laser [5] ¯u điểm cÿa các ph°¢ng pháp vÁt lý là có thể t¿o ra h¿t nano có kích th°ớc nhß, phân bá kích th°ớc hẹp, và có độ tinh khiÁt cao Đßng thßi, đây là ph°¢ng pháp rÃt thân thián với môi tr°ßng vì không sử dāng hóa chÃt trong quá trình chÁ t¿o nên đÁm bÁo an toàn về d° l°ÿng hóa chÃt độc h¿i trong thành phẩm Tuy nhiên, do chß sử dāng các tác nhân vÁt lý nh° sóng đián tă năng l°ÿng cao, tia gamma, tia cực tím, tia laser& để tách nguyên tử b¿c mà không sử dāng hóa chÃt án đánh nên ph°¢ng pháp sÁn xuÃt nano b¿c này cho ra thành phẩm có độ án đánh thÃp Ngoài ra, chi phí sÁn xuÃt khá cao do cÅn đÅu t° nhiều vào thiÁt bá, quy trình sÁn xuÃt phāc t¿p, tiêu tán nhiều năng l°ÿng cũng h¿n chÁ ph¿m vi āng dāng rộng rãi cÿa ph°¢ng pháp sÁn xuÃt nano b¿c bằng tác nhân vÁt lý

* Phương pháp sinh học

Ph°¢ng pháp này sử dāng các vi khuẩn, nÃm, tÁo hay peptide để táng hÿp t¿o h¿t nano b¿c Một sá loài vi khuẩn có thể táng hÿp đ°ÿc h¿t nano b¿c cÁ bên trong và bên ngoài màng tÁ bào vi khuẩn do protein cÿa các loài vi khuẩn này có khÁ năng khử ion Ag+ thành d¿ng nguyên tử để t¿o ra các trung tâm kÁt tinh, phát triển và liên kÁt t¿o thành các h¿t nano b¿c Để tiÁn hành ph°¢ng pháp này, vi khuẩn đ°ÿc nuôi cÃy trong môi tr°ßng chāa nhiều ion Ag+ Đái với nÃm, c¢ chÁ táng hÿp b¿c nano dựa trên khÁ năng khử cÿa các enzyme do nÃm t¿o ra Khi nÃm đ°ÿc nuôi cÃy á trong môi tr°ßng chāa nhiều ion Ag+, các ion này s¿ bám vào tÁ bào nÃm nhß lực hút tĩnh đián giữa màng tÁ bào tích đián âm và ion Ag+ tích đián d°¢ng Enzyme trên màng tÁ bào nÃm s¿ khử ion Ag+ để t¿o thành nguyên tử Ago, rßi sau đó các nguyên tử liên kÁt t¿o ra nano b¿c Các nghiên cāu cho thÃy nÃm có khÁ năng t¿o ra các h¿t

nano b¿c có d¿ng hình cÅu và kích th°ớc khá đßng đều, trong khi vi khuẩn l¿i có thể t¿o ra nano b¿c với nhiều kích cỡ và hình d¿ng khác nhau TÁo biển

cũng đ°ÿc dùng để táng hÿp nano b¿c, điển hình là Sargassum wightii [4]

¯u điểm nái bÁt cÿa ph°¢ng pháp chÁ t¿o nano b¿c sinh học là thân thián với môi tr°ßng do không sử dāng hóa chÃt táng hÿp Tuy nhiên, hiáu suÃt quá trình táng hÿp phā thuộc nhiều vào yÁu tá tự nhiên nh° chÿng vi sinh vÁt, môi tr°ßng táng hÿp, & d¿n đÁn khó kiểm soát đ°ÿc biÁn đái có thể xÁy ra Vì vÁy, sử dāng ph°¢ng pháp sinh học khó có thể táng hÿp đ°ÿc khái l°ÿng lớn nano b¿c nên khÁ năng nâng cÃp để sÁn xuÃt á quy mô công nghiáp là khó khÁ thi h¢n so với ph°¢ng pháp vÁt lý và hóa học

1.1.3 Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc

Nguyên tá b¿c có khÁ năng kháng khuẩn tự nhiên với phá rộng tiêu diát các vi sinh vÁt gây bánh và thân thián với môi tr°ßng NÁu đ°ÿc sử dāng với liều l°ÿng hÿp lý, văa đÿ để khử trùng s¿ không gây tác dāng độc h¿i với con ng°ßi và động vÁt khi tiÁp xúc Có nhiều quan điểm giÁi thích c¢ chÁ diát khuẩn cÿa b¿c, nh°ng quan điểm đ°ÿc nhiều nhà khoa học ÿng hộ là dựa trên sự t°¢ng tác tĩnh đián giữa ion b¿c mang đián tích d°¢ng và bề mặt tÁ bào vi khuẩn mang đián tích âm và sự bÃt ho¿t các nhóm thiol trong các enzyme vÁn chuyển oxy, hoặc dựa trên sự t°¢ng tác cÿa ion b¿c với DNA d¿n đÁn sự dime hóa pyridin và cÁn trá quá trình sao chép DNA cÿa tÁ bào vi khuẩn [6-9] Một sá nghiên cāu [10] cho rằng b¿c tác động lên màng bÁo vá tÁ bào vi khuẩn Màng này có cÃu trúc bao gßm các glycoprotein liên kÁt với nhau bằng cÅu nái axit amin để t¿o độ cāng cho màng Các ion b¿c t°¢ng tác với các nhóm peptidoglycan và āc chÁ khÁ năng vÁn chuyển oxy vào bên trong tÁ bào cÿa chúng, d¿n đÁn làm tê liát vi khuẩn NÁu các ion b¿c đ°ÿc lo¿i bß khßi tÁ bào ngay lÁp tāc, khÁ năng ho¿t động cÿa vi khuẩn có thể đ°ÿc phāc hßi

TÁ bào cÿa động vÁt bÁc cao có cÃu trúc khác tÁ bào vi sinh vÁt, lớp màng bÁo vá cÿa tÁ bào không cho phép ion b¿c xâm nhÁp nên không bá tán th°¢ng khi tiÁp xúc với các ion này KhÁ năng diát khuẩn cÿa các chÃt kháng sinh dựa vào đặc tính lây nhißm cÿa vi khuẩn, trong khi đó khÁ năng diát khuẩn cÿa b¿c dựa vào c¢ chÁ tác động lên cÃu trúc tÁ bào BÃt kỳ tÁ bào nào không có màng bÁo vá bền hóa học (tÁ bào vi khuẩn, vi rút) đều bá tác động bái b¿c TÁ bào động vÁt máu nóng không chāa các lớp peptidoglycan nên b¿c không thể tác động lên chúng Nhß sự khác biát đó mà nano b¿c có thể tác động lên 650 loài vi khuẩn, trong khi phá tác dāng cÿa bÃt kỳ lo¿i kháng sinh nào cũng chß tă 5 đÁn 10 loài Mặt khác, b¿c đóng vai trò là chÃt xúc tác nên ít bá tiêu hao trong quá trình sử dāng

Các nhà khoa học Trung Quác [11] làm viác trong hãng ANSON đã nghiên cāu và mô tÁ c¢ chÁ tác động cÿa các ion b¿c lên vi khuẩn nh° sau: khi ion Ag+ tác dāng với lớp màng cÿa tÁ bào vi khuẩn gây bánh nó s¿ phÁn āng với nhóm sunphohydril (–SH) cÿa phân tử men chuyển hóa oxy và vô hiáu hóa men này d¿n đÁn āc chÁ quá trình hô hÃp cÿa tÁ bào vi khuẩn:

Ngoài ra, các ion b¿c còn có khÁ năng āc chÁ quá trình phát triển cÿa vi khuẩn bằng cách sÁn sinh ra oxy nguyên tử siêu ho¿t tính trên bề mặt cÿa h¿t b¿c:

2Ag+ + O-2 → 2Ago + Oo

Theo kÁt quÁ táng hÿp tă nhiều nghiên cāu cÿa nhóm tác giÁ ng°ßi Nga [12,13], đã có nhiều giÁ thuyÁt đ°ÿc đ°a ra liên quan đÁn c¢ chÁ tác dāng kháng khuẩn cÿa ion b¿c, trong đó lý thuyÁt hÃp phā đ°ÿc chÃp nhÁn nhiều nhÃt Theo thuyÁt này, vi khuẩn bá vô hiáu hóa do t°¢ng tác tĩnh đián giữa bề mặt tÁ bào vi khuẩn tích đián âm và các ion Ag+ tích đián d°¢ng hÃp phā trên đó, các ion xâm nhÁp vào bên trong tÁ bào vi khuẩn và vô hiáu hóa chúng KhÁ năng kháng khuẩn cÿa h¿t nano b¿c là kÁt quÁ cÿa quá trình chuyển đái các nguyên tử b¿c kim lo¿i thành các ion Ag+ tự do, sau đó các ion tự do này tác động lên các vá trí tích đián âm trên màng tÁ bào vi sinh vÁt

Tóm l¿i, đa sá các nhà khoa học công nhÁn khÁ năng diát khuẩn cÿa h¿t nano b¿c là kÁt quÁ cÿa quá trình biÁn đái (giÁi phóng liên tāc) các nguyên tử b¿c kim lo¿i trên bề mặt h¿t nano b¿c thành các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dāng lên vi khuẩn và diát khuẩn theo các c¢ chÁ sau [7-9]:

- C¢ chÁ thā nhÃt: Āc chÁ quá trình vÁn chuyển các ion Na+ và Сa2+qua màng tÁ bào, ngăn cÁn quá trình trao đái chÃt

- C¢ chÁ thā hai: Phá vỡ màng tÁ bào, oxy hóa nguyên sinh chÃt cÿa tÁ bào vi khuẩn, phá hÿy nguyên sinh chÃt bái oxi hòa tan trong n°ớc với vai trò xúc tác cÿa b¿c

- C¢ chÁ thā ba: Tác động gián tiÁp lên phân tử DNA bằng cách tăng sá l°ÿng các gác tự do làm giÁm ho¿t tính cÿa các hÿp chÃt chāa oxy ho¿t

động, làm rái lo¿n các quá trình oxy hóa cũng nh° phosphoryl hóa trong tÁ bào vi khuẩn

- C¢ chÁ thā t°: Vô hiáu hóa enzym có chāa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ cân bằng áp suÃt thẩm thÃu, hoặc t¿o phāc với acid nucleic d¿n đÁn làm thay đái cÃu trúc DNA cÿa tÁ bào vi sinh vÁt (tác động trực tiÁp đÁn cÃu trúc DNA)

Hình 3 Mô phßng c¢ chÁ tác động lên tÁ bào vi khuẩn cÿa nano b¿c (AgNP) [14]

* Chú thích: 1) Phá vỡ thành tÁ bào và màng tÁ bào chÃt: các ion b¿c (Ag+) do h¿t nano b¿c giÁi phóng bám vào hoặc xuyên qua thành tÁ bào và màng tÁ bào chÃt 2) BiÁn tính ribosome: ion b¿c làm biÁn tính ribosome và āc chÁ táng hÿp protein 3) Gián đo¿n sÁn xuÃt adenosine triphosphate (ATP): Viác sÁn xuÃt ATP bá chÃm dāt do các ion b¿c vô hiáu hóa enzyme hô hÃp trên màng tÁ bào chÃt 4) Sự phá vỡ màng do oxy phÁn āng: các lo¿i oxy phÁn āng đ°ÿc t¿o ra bái chuỗi vÁn chuyển đián tử bá đāt gãy có thể gây ra sự phá vỡ màng 5) Sự can thiáp vào quá trình sao chép axit deoxyribonucleic (DNA): các ion b¿c và oxy phÁn āng liên kÁt với axit deoxyribonucleic, ngăn chặn sự sao chép và nhân lên cÿa tÁ bào 6) BiÁn tính màng: các h¿t nano b¿c tích tā trong các lỗ cÿa thành tÁ bào và gây biÁn tính màng 7) Thÿng màng: các h¿t nano b¿c di chuyển trực tiÁp qua màng tÁ bào chÃt, giÁi phóng các bào quan ra khßi tÁ bào

Ngoài ra, cũng có ý kiÁn cho rằng b¿c không Ánh h°áng trực tiÁp đÁn DNA cÿa tÁ bào mà gián tiÁp làm tăng sá l°ÿng gác tự do, d¿n đÁn giÁm nßng độ các hÿp chÃt oxy ho¿t tính trong tÁ bào, gây rái lo¿n quá trình oxy hóa và phosphoryl hóa trong tÁ bào vi khuẩn Ng°ßi ta cũng tin rằng một trong

những nguyên nhân gây ra tác dāng kháng khuẩn phá rộng là sự āc chÁ vÁn chuyển qua màng cÿa các ion Na+ và Ca2+ bái các ion b¿c [15]

Một sá nhà nghiên cāu nhÁn đánh rằng ion b¿c có khÁ năng bÃt ho¿t các loài virut gây bánh đÁu mùa, bánh cúm A-1, B, adenovirus và HIV, cho hiáu quÁ điều trá tát đái với các bánh virut Marburg, virut bánh đ°ßng ruột (enterit) và virut bánh chó d¿i Để có thể vô hiáu hóa hoàn toàn virut bacteriophag

đ°ßng ruột N163, virut Koksaki serotyp A-5, A-7, A-14 cÅn đÁn nßng độ b¿c cao h¢n (0,5 - 5,0 mg/lít) so với các chÿng vi khuẩn Escherichia, Salmonella, Shigellia và các loài virut đ°ßng ruột khác (0,1 - 0,2 mg/lít) [16]

1.1.4 Tác dụng của nano bạc lên cơ thể động vật bậc cao

Các tác động cÿa nano b¿c lên tÁ bào động vÁt bÁc cao là vÃn đề luôn đ°ÿc các nhà khoa học quan tâm đặc biát Khi tiÁn hành thí nghiám ÿ các tÁ bào não cÿa chuột và cÿa vi sinh vÁt vào dung dách có ion b¿c ng°ßi ta đã nhÁn thÃy rằng hình thái cÿa hßng cÅu và b¿ch cÅu hoàn toàn không thay đái, trong khi các tÁ bào vi sinh vÁt bá tiêu diát hoàn toàn Các tÁ bào chuột d°ới tác động cÿa ion b¿c chuyển thành d¿ng hình cÅu nh°ng không bá phá hÿy và thành tÁ bào giữ nguyên d¿ng Các tÁ bào não chuột này sau đó sinh sÁn bình th°ßng và cÃu trúc tÁ bào cũng nh° khÁ năng sinh sÁn v¿n đ°ÿc giữ nguyên [17]

Để đánh giá độc tính cÿa b¿c, C¢ quan BÁo vá Môi tr°ßng Hoa Kỳ (EPA) đã đ°a ra khái niám về liều RFD tiêu chuẩn cÿa b¿c vào năm 1991, là l°ÿng b¿c đ°ÿc phép hÃp thā mỗi ngày trong suát cuộc đßi mà không gây Ánh h°áng xÃu đÁn sāc khße Liều tiêu chuẩn đ°ÿc EPA chÃp nhÁn là 5 µg/kg/ngày Do đó, một ng°ßi nặng 70 kg có thể tiêu thā 350 µg b¿c mỗi ngày Nßng độ b¿c tái đa cho phép trong n°ớc uáng á Hoa Kỳ là 100 μg/L NÁu một ng°ßi uáng 2 lít n°ớc mỗi ngày s¿ hÃp thā 200 μg b¿c, thực phẩm họ ăn hàng ngày chiÁm trung bình 90 μg, phÅn còn l¿i hÃp thu qua các con đ°ßng khác không quá 60 μg Ngày nay, nhiều ph°¢ng pháp điều trá tăng sử dāng b¿c đã bá lo¿i bß nh°: bánh động kinh - cho uáng dung dách b¿c nitrat; bánh giang mai - tiêm tĩnh m¿ch dung dách aphenamine b¿c; nhiều bánh nhißm trùng - cho uáng dung dách keo b¿c GÅn đây, Hoa Kỳ đã cÃm bán tÃt cÁ các lo¿i thuác có chāa b¿c không cÅn kê đ¢n [17]

Tá chāc Y tÁ ThÁ giới (WHO) [10] đã xác đánh liều l°ÿng b¿c tái đa không gây Ánh h°áng tiêu cực đÁn sāc khße con ng°ßi là 10g (nÁu hÃp thā tă tă) Nghĩa là, nÁu một ng°ßi trong suát cuộc đßi (70 tuái) ăn hoặc uáng 10g b¿c thì đÁm bÁo s¿ không gặp vÃn đề gì về sāc khße Trên c¢ sá đó, Cāc BÁo vá Môi tr°ßng Hoa Kỳ (EPA) đã thiÁt lÁp tiêu chuẩn tái đa cho phép cÿa hàm

l°ÿng b¿c trong n°ớc uáng là 0,1mg/L, trong khi Liên minh Châu Âu áp dāng tiêu chuẩn tái đa cho phép là 0,01mg/L và á Nga là 0,05mg/L

Theo nghiên cāu cÿa Vainar và các cộng sự, b¿c là nguyên tá vi l°ÿng cÅn thiÁt cho ho¿t động cÿa các tuyÁn nội tiÁt, não và gan nh°ng hàm l°ÿng cho phép không v°ÿt quá 0,05 mg/L dách c¢ thể Theo các tác giÁ, chÁ độ ăn trung bình hàng ngày cÿa con ng°ßi chāa 80 μg ion b¿c Táng hàm l°ÿng b¿c trong ng°ßi và động vÁt đo đ°ÿc á māc 0,2 mg/kg trọng l°ÿng khô, có hàm l°ÿng cao nhÃt á não, các tuyÁn nội tiÁt, gan, thÁn và x°¢ng Khi có mặt ion b¿c, c°ßng độ phosphoryl hóa, oxy hóa cÿa ty thể não và hàm l°ÿng axit nucleic tăng lên đáng kể, giúp cÁi thián chāc năng não Khi nghiên cāu các mô khác nhau đ°ÿc ngâm trong dung dách sinh lý có nßng độ ion b¿c 0,001 mg/L, các tác giÁ nhÁn thÃy māc độ hÃp thā oxy cÿa mô não tăng 24%, c¢ tim tăng 20%, gan tăng 36% và thÁn tăng 25% Nh°ng nÁu nßng độ Ag+ tăng lên 0,01 mg/L thì māc độ hÃp thā oxy cÿa các mô này giÁm đáng kể Điều này chāng tß ion b¿c tham gia điều hòa quá trình trao đái năng l°ÿng [18-20]

Brugdunov và các cộng sự [19] đã tiÁn hành nghiên cāu tác động cÿa nano b¿c với c¢ thể con ng°ßi bằng cách cho bánh nhân uáng n°ớc ion b¿c thay n°ớc uáng với nßng độ 30 - 50 mg/L trong thßi gian 7 - 8 năm KÁt quÁ cho thÃy xÁy ra hián t°ÿng tích tā b¿c d°ới da làm cho da bánh nhân có màu xám (bánh argiria) nh°ng l¿i không phát hián đ°ÿc á các bánh nhân này bÃt kỳ thay đái nào về chāc năng cÿa các c¢ quan nội t¿ng, không những thÁ các bánh nhân còn thể hián đề kháng tát đái với nhiều lo¿i vi khuẩn và virut

Vai trò sinh lý cÿa b¿c trong c¢ thể con ng°ßi hián ch°a đ°ÿc làm rõ Nhiều quan điểm cho rằng b¿c đóng vai trò là chÃt āc chÁ enzyme [19-21] KÁt quÁ thí nghiám cho thÃy ion b¿c có thể t°¢ng tác với baz¢ nit¢ timine và guanine cÿa phân tử DNA làm phá vỡ chāc năng cÿa DNA, d¿n đÁn āc chÁ sự phát triển và sinh sÁn cÿa vi sinh vÁt Ng°ßi ta cũng xác đánh đ°ÿc ion b¿c có khÁ năng bao quanh nhóm –SH có mặt á trung tâm ho¿t động cÿa nhiều lo¿i enzyme và āc chÁ ho¿t động cÿa chúng Ví dā, b¿c āc chÁ ho¿t động ATP cÿa enzyme miozin (protein c¢ bÁn cÿa mô c¢ ng°ßi), enzyme này có khÁ năng phân giÁi ATP để giÁi phóng năng l°ÿng Quá trình diát khuẩn cÿa ion b¿c cũng dißn ra theo c¢ chÁ này

1.1.5 Các ứng dụng của nano bạc

Āng dāng cÿa nano b¿c chÿ yÁu đÁn tă đặc tính kháng khuẩn, tiÁp theo là tính chÃt quang học cho cÁm biÁn và một sá āng dāng làm xúc tác cho các phÁn āng hóa học

* Āng dụng kháng khuẩn

B¿c đã đ°ÿc sử dāng tă nhiều thÁ kỷ nh° một chÃt kháng khuẩn vô c¢ an toàn với con ng°ßi Các ion b¿c và các hÿp chÃt t¿o ra tă nó có tác dāng phá hÿy rÃt m¿nh đái với nhiều loài vi khuẩn và cũng có độc tính thÃp đái với tÁ bào động vÁt bÁc cao Có nhiều báo cáo cho rằng b¿c á d¿ng nano ít độc h¢n so với ion Ag⁺ Do có đặc tính kháng khuẩn, nano b¿c đ°ÿc āng dāng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nh° y học, nhiều ngành công nghiáp, nông nghiáp, đóng gói, phā kián, mỹ phẩm, và quân sự

Để āng dāng khÁ năng kháng khuẩn cÿa nano b¿c, h¿t nano b¿c đ°ÿc trộn vào trong vÁt liáu polymer, gám để lọc n°ớc, hay tráng lên bề mặt thiÁt bá y tÁ, giÃy, dāng cā gia dāng nh° máy giặt, thiÁt bá điều ẩm, lọc không khí, máy điều hòa, quÅn áo sử dāng trong môi tr°ßng y tÁ, bít tÃt, miÁng lót giày cháng mùi hôi hay s¢n kháng khuẩn Nano b¿c cũng đ°ÿc āng dāng trong bÁo quÁn thực phẩm, dát may B¿c d¿ng ion (Ag+) có thể đ°ÿc sử dāng để tẩm thiÁt bá lọc n°ớc trên nền đÃt sét để kháng khuẩn [22]

Không khí chāa nhiều vi sinh vÁt rÃt có h¿i cho chúng ta Bioaerosol là các h¿t trong không khí có ngußn gác sinh học Chúng bao gßm virus, vi khuẩn, nÃm, có khÁ năng gây ra các bánh truyền nhißm và dá āng Theo báo cáo cÿa WHO, 50% ô nhißm sinh học có trong không khí trong nhà đÁn tă há tháng xử lý không khí và sự hình thành các vi sinh vÁt có h¿i nh° mÅm bánh vi khuẩn và nÃm đã đ°ÿc tìm thÃy trong các bộ lọc không khí Độc tá nÃm mác do các mÅm bánh này t¿o ra rÃt nguy hiểm cho sāc khße con ng°ßi Tuy nhiên, sự phát triển cÿa bộ lọc không khí dựa trên h¿t nano b¿c đã góp phÅn làm giÁm vÃn đề ô nhißm sinh học á một māc độ nào đó

Đặc tính kháng khuẩn cÿa b¿c cũng đóng một vai trò quan trọng trong y học do vi khuẩn ngày càng trá nên kháng thuác kháng sinh Hián nay, nhiều tá chāc quác tÁ đang kêu gọi các nhà khoa học nghiên cāu tìm giÁi pháp h¿n chÁ và thay thÁ một sá lo¿i kháng sinh hián có Các nghiên cāu đã chß ra rằng khi nano b¿c kÁt hÿp với các kháng sinh nh° gentamicin, ofloxacin và ampicillin thì khÁ năng diát khuẩn cÿa nó có thể tăng gÃp đôi so với dùng kháng sinh đ¢n thuÅn Điều này cho thÃy nano b¿c có vai trò tích cực trong các āng dāng kháng khuẩn Ngoài ra, các h¿t nano b¿c đang đ°ÿc nghiên cāu về các āng dāng cháng nÃm, kháng virus, cháng viêm, cháng ung th° và h¿n chÁ sự phát triển mÃt cân bằng cÿa mô (anti-angiogenic)

Nano b¿c rÃt thích hÿp để diát khuẩn và phòng bánh cho vÁt nuôi mà không Ánh h°áng đÁn chúng Một sá bánh điển hình á vÁt nuôi là bánh tai

xanh á lÿn, dách tÁ lÿn châu Phi, cúm gia cÅm và một sá bánh khác Ánh h°áng tới sāc khße gia cÅm Ngoài ra, nano b¿c còn giúp ngăn ngăa bánh tiêu chÁy do virus, dách tÁ, sán dây, nÃm

* Āng dụng làm xúc tác và vật liệu dẫn điện

Ngoài những āng dāng phá biÁn để kháng khuẩn, b¿c còn đ°ÿc sử dāng làm chÃt xúc tác cho các phÁn āng hóa học, táng hÿp các hóa chÃt hữu c¢ phân tử nhß có giá trá cao hoặc xử lý các chÃt ô nhißm môi tr°ßng Trong bộ chuyển đái xúc tác ô tô và thiÁt bá phát đián, vÁt liáu nano có thể đ°ÿc sử dāng làm chÃt xúc tác để phÁn āng với một sá lo¿i khí độc h¿i nh° carbon monoxide và nit¢ oxit để ngăn ngăa ô nhißm môi tr°ßng do đát xăng và than Nano b¿c còn đ°ÿc sử dāng kÁt hÿp với titan oxit (TiO2) để tăng c°ßng ho¿t tính xúc tác quang cÿa TiO2 Trong há này, b¿c đóng vai trò h¿n chÁ hián t°ÿng kÁt tā phá hÿy các electron tự do và nâng cao hiáu quÁ xúc tác quang [4]

B¿c d¿ng micro th°ßng đ°ÿc sử dāng làm keo d¿n đián dùng trong công nghiáp sÁn xuÃt hàng đián tử hoặc các bÁng m¿ch đián tử có khÁ năng co dãn Hián nay, các d¿ng b¿c khác nh° sÿi mßng và aerogel đ°ÿc sử dāng cho các āng dāng không chß trong đián tử mà còn trong vÁt liáu l°u trữ năng l°ÿng do cÃu trúc lỗ xáp tát h¢n và trọng l°ÿng nhẹ h¢n [23]

1.1.6 Các phương pháp khảo sát các tính chất đặc trưng của nano bạc

KhÁ năng āng dāng cÿa nano b¿c phā thuộc nhiều vào tính chÃt cÿa nó Vì vÁy, viác nghiên cāu, khÁo sát, đánh giá các đặc tính cÿa nano b¿c sau quá trình táng hÿp là rÃt quan trọng Một sá ph°¢ng pháp th°ßng đ°ÿc sử dāng để nghiên cāu tính chÃt cÿa nano b¿c đ°ÿc liát kê trong bÁng sau:

BÁng 1 Một sá ph°¢ng pháp dùng cho khÁo sát tính chÃt cÿa nano b¿c

4 Scanning Electron

Hình dáng, kích th°ớc (giới h¿n tÅm 100 - 200 nm)

5 Transmission Electron

Hình dáng, kích th°ớc, tinh thể (giới h¿n đÁn vài nm) 6 Ultra Violet-Visible

Đo hiáu āng cộng h°áng plasmon bề mặt cÿa h¿t nano b¿c

7 X-ray photoelectron

Thành phÅn hóa học, môi tr°ßng hóa học bề mặt

8 X-ray difractometry XRD CÃu trúc tính thể, lo¿i tinh thể

1.1.7 Tình hình nghiên cứu về nano bạc trên thế giới và ở Việt Nam

Tình hình nghiên cāu trên thế giới

Do có hiáu quÁ diát khuẩn cao nh°ng l¿i an toàn với ng°ßi và động vÁt bÁc cao, trên thÁ giới nano b¿c đ°ÿc nghiên cāu āng dāng rộng rãi trong các lĩnh vực môi tr°ßng, y sinh, công nghiáp và nông nghiáp Trong bÁng 2 táng hÿp một sá lĩnh vực mà nano b¿c đang đ°ÿc nghiên cāu, khai thác d°ới vai trò một chÃt diát khuẩn (xử lý không khí/n°ớc, āng dāng trong y tÁ, các sÁn phẩm tiêu dùng dát may&)

BÁng 2 Một sá lĩnh vực āng dāng nano b¿c với vai trò một chÃt diát khuẩn

chāc năng hóa bề mặt Āng dāng trong điều trá vÁt bßng [28,29] 4 nAg/polyamide Nhựa polyamide

đ°ÿc bá sung nano b¿c

6 nAg@Co VÁt liáu siêu thuÁn tă Khử trùng n°ớc [32]

lipid hydroperoxide và nÃm men, nÃm mác cũng nh° sá l°ÿng Bacillus subtilis và Bacillus cereus t°¢ng āng, đ°ÿc theo dõi trong 6 ngày Dữ liáu thực nghiám chß ra rằng nAg/TiO2 kéo dài đáng kể thßi h¿n sử dāng và độ an toàn vi sinh cÿa bánh mì so với HDP-P Nghiên cāu cÿa nhóm tác giÁ ng°ßi Ân độ Deshmukh và các cộng sự (2018) cho thÃy khÁ năng khử ho¿t tính quang xúc tác cÿa nano Ag/TiO2 cháng l¿i vi khuẩn khi có ánh sáng UVA là tát h¢n so với viác chß sử dāng UVA hoặc chÃt xúc tác đ¢n thuÅn [25]

Vasile và cộng sự (2017) đã tiÁn hành nghiên cāu nhằm āng dāng nano b¿c trong màng bọc thực phẩm Trong nghiên cāu này, các m¿u Polylactic axit (PLA) dẻo hóa có gÃn bột ZnO pha t¿p Cu đ°ÿc chāc năng hóa bằng nano b¿c KÁt quÁ cho thÃy rằng sự gia tăng hàm l°ÿng h¿t nano b¿c (tă 0,5 đÁn 1,5% trọng l°ÿng) trong công thāc PLA d¿n đÁn sự gia tăng māc độ kÁt tinh cÿa PLA Lo¿i vÁt liáu nanocomposite sinh học này có các đặc tính c¢ và nhiát phù hÿp làm màng bọc thực phẩm, rào cÁn tát với tia cực tím, h¢i n°ớc, oxy và carbon dioxide, có ho¿t tính kháng khuẩn cao và l°ÿng di chuyển cÿa h¿t nano Ag vào thực phẩm thÃp [26]

Nhiều nghiên cāu āng dāng nano b¿c trong khử trùng n°ớc hay khử trùng không khí cũng đã đ°ÿc tiÁn hành VÁt liáu polyme trao đái ion đã đ°ÿc sử dāng rộng rãi trong các quy trình xử lý n°ớc nhằm xử lý hàm l°ÿng ion độc

h¿i trong n°ớc Tuy nhiên, chúng không có tính kháng khuẩn và vi khuẩn có thể bá mÃc kẹt trong cÃu trúc cÿa cột trao đái ion và sinh sôi nÁy ná trá thành ngußn ô nhißm vi khuẩn Alonso (2013) đã nghiên cāu các h¿t nano Ag@Co (nAg@Co) với lõi Co0 siêu thuÁn tă chi phí thÃp và vß Ag kháng khuẩn đ°ÿc táng hÿp trên polyme trao đái cation d¿ng h¿t Nghiên cāu cho thÃy sự hián dián cÿa nAg@Co cung cÃp cho vÁt liáu nanocompozit (NC) táng hÿp đ°ÿc cuái cùng các chāc năng bá sung (siêu thuÁn tă và ho¿t tính kháng khuẩn), khiÁn nó trá nên lý t°áng cho āng dāng lọc n°ớc [32]

Một nghiên cāu khác cÿa Ko Y (2014) đã chāng minh ho¿t tính kháng khuẩn nhanh chóng cÿa h¿t lai silica phÿ nano b¿c (nAg@SiO2) cháng l¿i cÁ

vi khuẩn gram âm Escherichia coli và vi khuẩn gram d°¢ng Staphylococcus cholermidis trong quá trình lọc không khí Trong nghiên cāu này, các m¿u vÁt

liáu lọc (vÁt liáu sÿi thÿy tinh) đ°ÿc phÿ các h¿t nAg@SiO2 và kiểm tra hiáu quÁ kháng khuẩn Hiáu quÁ kháng khuẩn > 99,99% đái với cÁ hai lo¿i vi khuẩn đều thu đ°ÿc bằng cách sử dāng m¿u lọc có mÁt độ dián tích lớp phÿ là 1×108 h¿t/cm2 H¿t lai nAg@SiO2 và há tháng lọc không khí đ°ÿc phÿ các h¿t này đ°ÿc kỳ vọng s¿ hữu ích cho các āng dāng môi tr°ßng xanh trong t°¢ng lai [33]

Trong lĩnh vực y tÁ, một sá hÿp chÃt cÿa b¿c đã đ°ÿc sử dāng để làm thuác trong nhiều thÁ kỷ Hián nay, nano b¿c đang nái lên nh° một lựa chọn điều trá khÁ thi cho các bánh nhißm trùng gặp phÁi á vÁt bßng, vÁt th°¢ng há và vÁt loét mãn tính đ°ÿc chāng minh bái nhiều nghiên cāu Andrea Zille và cộng sự (2015) đã nghiên cāu đặc điểm bề mặt, ho¿t tính kháng khuẩn cÿa vÁi polyamide 6,6 (PA66) tiền xử lý bằng plasma đ°ÿc phÿ h¿t nano b¿c āng dāng làm bao bì dāng cā y tÁ Sau 30 ngày, tÃt cÁ các m¿u vÁi đ°ÿc xử lý bằng nano b¿c có kích th°ớc <100 nm đều đ¿t đ°ÿc māc āc chÁ tăng tr°áng vi khuẩn t°¢ng đ°¢ng nhau KÁt quÁ cho thÃy rằng thay vì giÁm kích th°ớc cÿa nano Ag, điều này có thể gây độc tính cao h¢n, các ho¿t tính kháng khuẩn dài h¿n t°¢ng tự có thể đ¿t đ°ÿc với các h¿t nano Ag kích th°ớc lớn h¢n (40-60 nm), ngay cÁ á nßng độ thÃp h¢n [30]

Liang D và cộng sự (2016) đã nghiên cāu chÁ t¿o ra một lo¿i băng chāa h¿t nano b¿c/chitosan (nAg/Chitosan) có bề mặt thÃm °ớt không đái xāng āng dāng y sinh làm vÁt liáu chữa lành vÁt th°¢ng Viác kÁt hÿp nano b¿c và chitosan vào băng có thể tăng c°ßng ho¿t động kháng khuẩn cháng l¿i vi khuẩn gây bánh nh¿y cÁm với thuác và kháng thuác Bề mặt kỵ n°ớc cÿa băng có khÁ năng cháng thÃm n°ớc và cháng bám dính đái với các chÃt gây ô nhißm, trong khi bề mặt °a n°ớc duy trì khÁ năng hÃp thā n°ớc và āc chÁ hiáu

quÁ sự phát triển cÿa vi khuẩn H¢n nữa, băng táng hÿp nAg/chitosan cho thÃy khÁ năng giữ ẩm và đông máu đ°ÿc cÁi thián so với băng thông th°ßng [34] Một nghiên cāu khác cÿa Pal và cộng sự (2017) với băng g¿c y tÁ vÁi sÿi Cellulose đ°ÿc chāc năng hóa bằng các h¿t nano b¿c cũng cho hiáu quÁ cao trong viác kháng khuẩn để điều trá chữa lành vÁt th°¢ng [29]

Tình hình nghiên cāu ở Việt Nam

T¿i Viát Nam cũng có nhiều công trình nghiên cāu về nano b¿c với đánh h°ớng āng dāng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Các nghiên cāu về chÁ t¿o nano b¿c đã đ°ÿc tiÁn hành tÁp trung chÿ yÁu á một sá vián nghiên cāu thuộc Vián Hàn lâm Khoa học và Công nghá Viát Nam, cā thể là t¿i Vián Hóa học, Vián Công nghá môi tr°ßng và Vián Khoa học VÁt liáu

Tác giÁ Nguyßn Đāc Nghĩa và cộng sự (2009) [36] đã táng hÿp thành công nano b¿c với kích th°ớc h¿t trung bình 4-7 nm bằng ph°¢ng pháp mixen đÁo, tă đó chÁ t¿o thành công vÁt liáu b¿c nano compozit trên c¢ sá polyme (epoxy, polyvinylalcol, polyacrylic axit) phāc vā māc đích khử trùng

Huỳnh Thá Hà và cộng sự (2006) [37] đã chÁ t¿o nano b¿c bằng ph°¢ng pháp dung dách n°ớc á nhiát độ sôi sử dāng natri citrat hoặc NaBH4 làm chÃt khử và chÃt án đánh keo b¿c, đßng thßi chÁ t¿o vÁt liáu phÿ tă compozit nano b¿c/polime trên c¢ sá polymetylmetacrylat, polyuretan và nano b¿c VÁt liáu nano compozit thu đ°ÿc đó đ°ÿc thí nghiám khử trùng trên một sá vi khuẩn

có sāc đề kháng cao nh° Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Pseudomonase aeruginosa ATCC 27853, Streptococcus và nÃm Candida albican với kÁt quÁ rÃt khÁ quan

Nhóm tác giÁ Hoàng Anh S¢n, Võ Thành Phong, TrÅn Anh TuÃn cÿa Vián Khoa học vÁt liáu – Vián Hàn lâm Khoa học và Công nghá Viát Nam [38] đã nghiên cāu chÁ t¿o màng lọc có tính sát khuẩn cao sử dāng trong xử lý n°ớc sinh ho¿t hộ gia đình tă compozit polyuretan/nano b¿c Phòng công nghá nano, tr°ßng Đ¿i học Khoa học Tự nhiên thành phá Hß Chí Minh cũng đã nghiên cāu t¿o và ghép nano b¿c lên chÃt mang polyuretan làm vÁt liáu lọc n°ớc kháng khuẩn

Phòng Triển khai khoa học kỹ thuÁt – Vián Khoa học VÁt liáu āng dāng, đāng đÅu là TS Bùi Duy Du [39] đã thành công trong viác chÁ t¿o keo b¿c nano bằng bāc x¿ Gamma Co-60 dùng PVA, PVP và chitosan làm chÃt án

đánh, āng dāng trong āc chÁ vi khuẩn E Coli, S.aureus và kháng nÃm Corticium salmonicolor, Piricularia ozyaza, Pseudonomas glumae Kuria et Tabei trên lúa

Vián Bßng Quác gia Lê Hữu Trác đã có đề tài nghiên cāu āng dāng băng dính có chāa nano b¿c (do GS Lê ThÁ Trung làm chÿ nhiám) cho kÁt quÁ là băng dính có chāa nano b¿c cho liền vÁt má nhanh, có °u điểm giÁm đau, thÃm dách tiÁt, quá trình biểu mô hóa và tân t¿o vi m¿ch dißn biÁn tát, có tác dāng āc chÁ vi khuẩn và không thÃy tác dāng phā Nghiên cāu t°¢ng tự cÿa nhóm tác giÁ TrÅn Thá Ngọc Dung, Nguyßn Hoài Châu và các cộng sự thuộc Vián Công nghá Môi tr°ßng cũng cho thÃy sử dāng nano b¿c cho hiáu quÁ cao trong điều trá bßng [40]

Nghiên cāu cÿa nhóm tác giÁ TrÅn Thá Ngọc Dung và các cộng sự (2019) thuộc Vián Công nghá Môi tr°ßng [41] đã chāng minh rằng nano b¿c

là một chÃt khử trùng hiáu quÁ cháng l¿i cÁ Salmonella và virus gây bánh dách tÁ lÿn châu Phi (ASFV) Sự āc chÁ hoàn toàn vi khuẩn Salmonella đ°ÿc

quan sát thÃy á nßng độ nano b¿c là 25 ppm và á nßng độ vi khuẩn là 108 CFU/mL Dung dách nano b¿c với nßng độ 0,78 ppm không có bÃt kỳ độc tính nào đái với tÁ bào đ¿i thực bào phÁ nang cÿa lÿn; trong khi hoàn toàn āc chÁ ASFV á māc 103 HAD50 (Liều hÃp phā hßng cÅu) Nghiên cāu này xác nhÁn rằng nano b¿c có khÁ năng kháng virus cao đái với ASFV và là một chÃt khử trùng đÅy hāa hẹn có thể đ°ÿc sử dāng để ngăn ngăa sự lây truyền ASFV

KhÁ năng kháng khuẩn cÿa nano b¿c trong s¢n n°ớc nội thÃt cũng đ°ÿc nghiên cāu bái Lê Thá Ngọc Hoa và các cộng sự KÁt quÁ cho thÃy s¢n nhũ t°¢ng có khÁ năng diát khuẩn khi hàm l°ÿng nano b¿c trong s¢n là 0,1- 0,5 ppm Hiáu quÁ kháng khuẩn cÿa nano b¿c trong s¢n nhũ t°¢ng đ°ÿc duy trì trong khoÁng thßi gian tái thiểu là 30 ngày [42]

à n°ớc ta, những sÁn phẩm chāa nano b¿c với tính chÃt kháng khuẩn phÅn lớn chß nằm trong ph¿m vi nghiên cāu, ch°a đ°ÿc đ°a ra āng dāng rộng rãi Ngo¿i tră sÁn phẩm khẩu trang nano b¿c do Phòng Công nghá thân môi tr°ßng thuộc Vián Công nghá môi tr°ßng – Vián Hàn lâm Khoa học và Công nghá Viát Nam sÁn xuÃt Khẩu trang nano b¿c có tác dāng ngăn bāi, vi khuẩn, virus tă bên ngoài vào c¢ thể qua đ°ßng hô hÃp cũng nh° tă bên trong c¢ thể ra môi tr°ßng Lớp vÁi tẩm nano b¿c có chāc năng diát khuẩn, virus, nÃm bá giữ l¿i trên khẩu trang đßng thßi có tác dāng khử mùi Hián nay trên thá tr°ßng Viát Nam cũng đã đ°a ra mặt hàng là bộ lọc vi sinh Watts Microbiological Purifier Ngoài chāc năng khử mùi, khử clo, các lo¿i hóa chÃt hòa tan còn có khÁ năng lo¿i bß virus, vi khuẩn Tuy nhiên do giá thành cÿa bộ lọc còn cao nên đái t°ÿng có thể sử dāng h¿n chÁ đặc biát là ng°ßi dân á vùng nông thôn

1.2 Táng quan về benzalkonium chloride (BKC)

1.2.1 Giới thiệu chung

Benzalkonium chloride (BKC), hay còn đ°ÿc gọi là alkyldimethylbenzylammonium chloride (ADBAC), là một lo¿i chÃt ho¿t động bề mặt cation Nó là một lo¿i muái hữu c¢ đ°ÿc phân lo¿i là hÿp chÃt amoni bÁc bán [43]

Ammoni bÁc 4 là một trong sá những ho¿t chÃt phá biÁn nhÃt đ°ÿc phép sử dāng làm chÃt diát khuẩn trong y tÁ, trong gia dāng và trong thú y Trên táng sá gÅn 1700 chÁ phẩm diát khuẩn đ°ÿc phép l°u hành t¿i Viát Nam do Cāc QuÁn lý môi tr°ßng – Bộ Y tÁ cho phép có khoÁng gÅn 50 chÁ phẩm chāa ho¿t chÃt khử trùng chính là các ammoni bÁc 4 Ngoài ra, trong danh sách các thuác thú y đ°ÿc phép l°u hành t¿i Viát Nam (h¢n 4000 sÁn phẩm, do Cāc Thú y khÁo nghiám và cÃp phép, bao gßm các sÁn phẩm sÁn xuÃt trong n°ớc và nhÁp khẩu) – có khoÁng 200 chÁ phẩm sử dāng cho māc đích khử trùng, tiêu độc chußng tr¿i Trong sá 200 chÁ phẩm này cũng có khoÁng trên d°ới 140 chÃt chāa thành phÅn chính là các ammoni bÁc 4 Những con sá tháng kê trên đã cho thÃy vai trò quan trọng và tính hiáu quÁ cao cÿa các hÿp chÃt này trong bÁo đÁm an toàn vá sinh môi tr°ßng chăn nuôi Một sá hÿp chÃt ammoni bÁc 4 đ°ÿc cÃp phép sử dāng á Viát Nam (trong sinh ho¿t, trong thú y và thÿy sÁn) nh°: Benzalkonium chloride (BKC), Didecyldimethylammonium chloride (DDAC), Dimethylcocobenzyl amonium chloride& (ví dā nh° các chÁ phẩm Sagluxide, Belucid, VT-BKC 80, Gludekol, BTV Glutar, Rebencid, Nova-MC.A30, EMI protect, G-Omnicide, Amonicid, Anicide, &) [3]

Benzalkonium chloride (BKC) đ°ÿc nghiên cāu và sử dāng nh° một chÃt

khử trùng bÃt đÅu tă năm 1935 bái Gerhard Domagk, đ°ÿc đ°a ra thá tr°ßng với tên gọi clorua zephiran Năm 1947, sÁn phẩm đÅu tiên có chāa BKC đã đ°ÿc đăng ký với C¢ quan BÁo vá Môi tr°ßng (EPA) t¿i Hoa Kỳ Hián nay, BKC là chÃt khử trùng đ°ÿc sử dāng rộng rãi nhÃt trong nhóm các hÿp chÃt amoni bÁc 4 [44]

Hình 4 Công thāc cÃu t¿o cÿa Benzalkonium chloride

Theo D°ÿc điển Mỹ USP32-NF 27 đã mô tÁ BKC là một hỗn hÿp cÿa alkylbenzyldimethylammonium chlorides với với công thāc chung [C6H5CH2N(CH3)2R]Cl, với R gßm hỗn hÿp alkyl bao gßm các nhóm n-C8H17 và các m¿ch cao h¢n nh° n-C12H25 (dodecyl), n-C14H29 (dodecyl), và n-C16H33 (hexadecyl) Chúng th°ßng đ°ÿc th°¢ng m¿i hóa d°ới d¿ng hỗn hÿp các hÿp chÃt có độ dài khác nhau đái với chuỗi alkyl, tă C8 đÁn C18, với ho¿t tính diát khuẩn cao h¢n đái với các d¿n xuÃt C12 và C14 [45]

Vai trò làm chất chuyển pha

BKC có thể đ°ÿc sử dāng làm thành phÅn chính cÿa xúc tác chuyển pha, táng hÿp các hÿp chÃt hữu c¢, bao gßm cÁ thuác [46]

Vai trò làm chất diệt khuẩn

BKC là chÃt diát khuẩn và kháng khuẩn hiáu quÁ, thân thián với môi tr°ßng và con ng°ßi Tác dāng chính cÿa ho¿t động kháng khuẩn cÿa BKC là phá hÿy màng tÁ bào, có hiáu quÁ nhÃt đái với một sá vi khuẩn Gram d°¢ng, một sá vi khuẩn Gram âm, một sá virus bao phÿ, nÃm men Trong đó, ho¿t động kháng khuẩn phā thuộc vào độ dài thay đái cÿa chuỗi n-alkyl Đ°ÿc biÁt dodexylbenzyl dimethyl ammoni chloride (C12) có hiáu quÁ nhÃt đái với nÃm men và nÃm, tetradexylbenzyl dimethyl ammoni chloride (C14) cháng l¿i vi khuẩn Gram d°¢ng và hexadexylbenzyl dimethyl ammoni chloride (C16) cháng l¿i vi khuẩn Gram âm Các hÿp chÃt này th°ßng không đ°ÿc sử dāng nh° các thành phÅn đ¢n lẻ, mà là các hỗn hÿp bao gßm hai hoặc ba thành viên benzalkonium chloride khác nhau về chiều dài cÿa các chuỗi alkyl [46]

BÁng 3.Nßng độ tái thiểu āc chÁ vi khuẩn (MIC) và nßng độ tái thiểu diát khuẩn (MBC) cÿa BKC đái với một sá chÿng vi khuẩn [47]

Chăng vi khuÃn MIC (mg/l) MBC (mg/l)

Vi khuẩn Gram d°¢ng

Vi khuẩn Gram âm

Do có ho¿t tính kháng khuẩn, BKC đ°ÿc āng dāng rộng rãi trong các ho¿t động sinh ho¿t, y tÁ, nông nghiáp&

Āng dụng trong hoạt động sinh hoạt

- Trong ho¿t động sinh ho¿t, BKC là thành phÅn tích cực trong các sÁn phẩm chăm sóc cá nhân nh° n°ớc rửa tay, khăn °ớt, dÅu gội đÅu , xà phòng , chÃt khử mùi và mỹ phẩm BKC cũng đ°ÿc sử dāng trong chÃt tẩy rửa sàn

nhà và các bề mặt cāng với vai trò chÃt khử trùng, chẳng h¿n nh° bình xát và khăn lau kháng khuẩn Lysol và Dettol

Āng dụng trong nông nghiệp

- Trong chăn nuôi, BKC đã đ°ÿc đ°a vào sử dāng trong nghề nuôi ong, do thành phÅn này có công dāng điều trá bánh thái nhũn cÿa đàn ong BKC có khÁ năng tiêu diát nÃm, vi khuẩn protozoa và một sá lo¿i virus nên đ°ÿc sử dāng rộng rãi trong ngành chăn nuôi thÿy sÁn Ng°ßi ta dùng BKC để khử Ãu trùng trong bể ao trong sÁn xuÃt giáng và nuôi th°¢ng phẩm Trong nuôi tôm, BKC có tác dāng kháng chÁ sự phát triển cÿa tÁo vì vÁy đ°ÿc dùng trong hß nuôi tôm à liều thÃp cũng có thể giúp tôm lột xác

Hình 5 ChÁ phẩm BKC 80 xử lý n°ớc ao hß nuôi tôm

Āng dụng trong y tế

Trong y tÁ BKC đ°ÿc dùng làm thành phÅn cÿa các sÁn phẩm d°ÿc phẩm nh° thuác xát, nhß tai mũi và mÃt; thuác sát trùng ngoài da và thuác xát rửa vÁt th°¢ng, chẳng h¿n nh° Bactine Trong n°ớc súc miáng, viên ngÁm họng thì BKC cũng đóng vai trò nh° một chÃt diát khuẩn

Hình 6 Một lo¿i thuác nhß mÃt chāa thành phÅn BKC

BKC đ°ÿc sử dāng trong thành phÅn cÿa thuác nhß mÃt do văa có tác dāng sát khuẩn văa có tính ho¿t động bề mặt có tác động làm tăng tính thÃm cÿa giác m¿c đái với d°ÿc chÃt trong thuác nhß mÃt, tăng khÁ năng hÃp thu d°ÿc chÃt qua giác m¿c Thành phÅn BKC trong thuác nhß mÃt th°ßng có nßng độ 0,01 - 0,02% (có khoÁng 60% các thuác nhß mÃt l°u hành trên thá tr°ßng có chÃt sát khuẩn này) Thông th°ßng, nó đ°ÿc sử dāng phái hÿp với các tá d°ÿc bÁo quÁn hoặc các chÃt hiáp đßng nh° dinatri edetate với nßng độ 0,1% (khái l°ÿng/ thể tích) để tăng c°ßng khÁ năng āc chÁ sự phát triển cÿa các chÿng vi khuẩn

BKC cũng đ°ÿc sử dāng làm thành phÅn trong một sÁn phẩm viên ngÁm trá đau họng với liều l°ÿng 0,5 - 1 mg/viên và bá sung một sá tá d°ÿc phù hÿp Thuác đ°ÿc sử dāng cho cÁ trẻ em và ng°ßi lớn, đ°ÿc dùng trong các tr°ßng hÿp điều trá nhißm khuẩn đ°ßng miáng, họng Nhóm tác giÁ J Palm và các cộng sự (2018) đã nghiên cāu so sánh hiáu quÁ và độ an toàn cÿa sự kÁt hÿp 0,5mg tyrothricin, 1,0mg BKC và 1,5 mg benzocaine trong viên ngÁm (thuác nghiên cāu đ°ÿc bán trên thá tr°ßng d°ới tên Dorithricin®) với liều lặp l¿i trong 3 ngày để phù hÿp với viên ngÁm giÁ d°ÿc trong điều trá viêm họng cÃp á ng°ßi lớn KÁt quÁ cÿa nghiên cāu này cho thÃy lÿi ích đáng kể cÿa thuác nghiên cāu so với giÁ d°ÿc trong điều trá viêm họng cÃp tính Viên ngÁm (0,5 mg tyrothricin, 1,0 mg BKC và 1,5 mg benzocain) mang l¿i hiáu quÁ cao trong viác giÁm đau họng dữ dội cũng nh° khó nuát liên quan đÁn viêm họng cÃp tính và thuyên giÁm hoàn toàn trong vòng 72 giß Phái hÿp ba ho¿t chÃt là một lựa chọn phù hÿp cho bánh nhân trong viác tự điều trá viêm họng cÃp và viêm họng h¿t [49]

1.2.3 Vấn đề độc tính củaBKC

Độc tính cÿa BKC đái với con ng°ßi và các động vÁt khác đã đ°ÿc mô tÁ trong nhiều tài liáu, tuy nhiên các kÁt luÁn trái ng°ÿc nhau nÁy sinh tă sự khác biát về điều kián thí nghiám Trong một sá nghiên cāu, BKC đ°ÿc biÁt đÁn là chÃt gây kích āng da, cũng có những báo cáo (hiÁm h¢n) BKC là chÃt gây dá āng (chÃt gây m¿n cÁm da) Về dữ liáu độc tính cÃp tính, BKC đ°ÿc EPA phân lo¿i là độc tính lo¿i II theo đ°ßng uáng và đ°ßng hô hÃp và độc tính lo¿i III qua đ°ßng da Tác dāng gây độc gen nhß nh°ng đáng kể á cÁ tÁ bào thực vÁt và động vÁt đã đ°ÿc quan sát thÃy trong áng nghiám đái với nßng độ BKC 1 mg/lít [50-52]

Ng°ÿc l¿i, một sá báo cáo cho thÃy BKC đ°ÿc coi là an toàn Một báo cáo cÿa EPA (2006) đã không công nhÁn BKC là chÃt gây ung th°, gây đột biÁn hoặc gây độc gen [53] Về viác bá sung chúng vào các sÁn phẩm xát mũi,

Marple và các cộng sự đã xem xét các nghiên cāu tă 18 tài liáu cho thÃy không có mái lo ng¿i lớn nào về an toàn khi BKC đ°ÿc sử dāng á nßng độ tă 0,00045% đÁn 0,1% [54] Một đánh giá gÅn đây về độ an toàn cÿa BKC trong các sÁn phẩm mỹ phẩm [55] coi viác sử dāng chúng là an toàn, dựa trên tính toán biên độ an toàn (MOS), xem xét nßng độ BKC trong sÁn phẩm, tÅn suÃt sử dāng, sá l°ÿng và °ớc tính các thông sá nh° māc độ tác dāng phā không quan sát đ°ÿc và tỷ lá hÃp thā qua da Đái với āng dāng cā thể cÿa BKC trong dung dách nhãn khoa, một nghiên cāu do Phòng thí nghiám Alcon tài trÿ đã kÁt luÁn rằng không có sự khác biát về mặt an toàn giữa những dung dách có hoặc không có bá sung BKC [56]

BÁng 4 Liều l°ÿng gây độc (LD50) cÿa BKC với chuột thí nghiám qua các đ°ßng tiÁp xúc khác nhau [57]

Sinh vÇt Lá trình ti¿p xúc Liều l°ÿng (LD50) (*)

BÁng 5 Quy đánh về nßng độ Benzalkonium chloride (BKC) cho phép trong sÁn phẩm th°¢ng m¿i á một sá quác gia/khu vực [47]

cho phép

Nßng độ BKC đ°ÿc khuyÁn nghá dùng sau khi pha loãng

vực chÁ biÁn thực phẩm (tr°ớc năm 2016) Đan M¿ch 3%

đã đ°ÿc sử dāng trong các mô hình nghiên cāu sinh học phân tử trong lĩnh

vực vi sinh học nói riêng và sinh học nói chung tă rÃt lâu E coli K19 là vi

khuẩn đ°ÿc sử dāng nhiều nhÃt trong các mô hình nghiên cāu Nhiều thành tựu về di truyền và hóa sinh đã đ¿t đ°ÿc dựa trên nghiên cāu về vi khuẩn này

Hình 7 Mô phßng chÿng vi khuẩn E.coli

E coli là trực khuẩn Gram âm có kích th°ớc trung bình tă 2 đÁn 3

micromet x 0,5 micromet; trong những điều kián không thích hÿp (ví dā trong

môi tr°ßng có kháng sinh) vi khuẩn có thể rÃt dài nh° sÿi chß RÃt ít chÿng E coli có vß, nh°ng hÅu hÁt có lông và có khÁ năng di động

E coli là thành viên cÿa há vi sinh bình th°ßng cÿa đ°ßng tiêu hóa và

chiÁm tỷ lá cao nhÃt (khoÁng 80%) trong sá vi khuẩn hiÁu khí Tuy nhiên, E coli cũng là vi khuẩn gây bánh quan trọng, đāng đÅu trong sá các vi khuẩn gây tiêu chÁy, nhißm trùng đ°ßng tiÁt niáu, viêm đ°ßng mÁt và đāng đÅu

trong sá các nguyên nhân gây nhißm trùng huyÁt E coli là nguyên nhân phá biÁn gây viêm màng não và viêm phái á trẻ s¢ sinh E coli còn gặp trong

nhißm trùng ph¿u thuÁt và nhißm trùng bßng Theo báo cáo cÿa Ch°¢ng trình giám sát kháng thuác quác gia đái với các các vi khuẩn gây bánh th°ßng gặp (1988-1994) thì á n°ớc ta, tỷ lá phân lÁp đ°ÿc cÿa vi khuẩn E coli (tính

chung tÃt cÁ các lo¿i bánh phẩm) đāng thā hai sau Staphylococcus Aureus

[60]

1.3.2 Khuẩn Staphylococcus aureus

Năm 1871, Recklinghausen đã thu đ°ÿc cÅu khuẩn trong thÁn cÿa những bánh nhân chÁt vì nhißm trùng máu Năm 1880, Alexander Ogston chāng minh áp xe sinh mÿ là do tā cÅu khuẩn, và Ogston đ°ÿc công nhÁn là ng°ßi

phát hián và đặt tên cho tā cÅu khuẩn là Staphylococcus vào năm 1882 Năm

1884, Rosenbach đã nghiên cāu và đặt tên cho cÅu khuẩn t¿o khuẩn l¿c màu

vàng là Staphylococcus pyrogen aureus

Hình 8 Mô phßng vi khuẩn Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus (S.aureus) là vi khuẩn gram d°¢ng, hình cÅu, có đ°ßng kính khoÁng 0,5 - 1,5 micromet Nó có thể đāng một mình, theo cặp, thành chuỗi ngÃn hoặc thành tăng chùm không đều nh° chùm nho Đây là lo¿i vi khuẩn không di động, không hình thành bào tử, th°ßng c° trú trên da và màng nhÅy cÿa ng°ßi và động vÁt máu nóng KhoÁng 20 loài khác nhau thuộc

chi Staphylococcus đã đ°ÿc ghi nhÁn [60]

S.aureus có khÁ năng tßn t¿i trên c¢ thể động vÁt Khi sāc đề kháng yÁu hoặc do da bá nhißm vi khuẩn có độc lực cao s¿ gây ra mÿ, s°ng tÃy trên da hoặc niêm m¿c, gây loét, áp xe Vi khuẩn gây bánh bằng cách gây tán th°¢ng trực tiÁp đÁn các c¢ quan cÿa c¢ thể, chẳng h¿n nh°:

- Da: gây mān nhọt, áp xe, viêm mô tÁ bào;

- Há hô hÃp: viêm khí quÁn, viêm phái ho¿i tử, áp xe phái có thể d¿n tới biÁn chāng tràn khí màng phái, tràn khí trung thÃt, tràn khí d°ới da, viêm mÿ màng phái;

- Tim: viêm nội tâm m¿c, tràn dách màng ngoài tim; - Não: viêm màng não mÿ;

- X°¢ng: viêm tuỷ x°¢ng, viêm khớp;

- Máu: gây các bánh do nhißm trùng máu hoặc do tiÁt độc tá gián tiÁp, gây

viêm da tróc vÁy hoặc hội chāng sác nhißm độc, đặc biát là S.aureus còn tiÁt

ra 6 lo¿i enterotoxin khác nhau (enterotoxin A, B, C, D, E, F) Những chÃt độc này án đánh nhiát (có thể cháu đ°ÿc nhiát độ sôi trong h¢n 30 phút) và không bá Ánh h°áng bái enzyme đ°ßng ruột nên một khi thực phẩm bá nhißm các chÃt độc này, viác nÃu n°ớng hoặc hâm nóng đều trá nên vô ích Khi vi

khuẩn phát triển trên thực phẩm chāa nhiều đ°ßng và protein (thát, sữa, bánh ngọt) chúng s¿ tiÁt ra nhiều độc tá ruột h¢n Tác dāng gây nôn là kÁt quÁ sự kích thích trung tâm ói mửa cÿa há thÅn kinh trung °¢ng sau khi độc tá tác động trên thā thể thÅn kinh trong ruột

CH¯¡NG 2 NGUYÊN VÆT LIàU VÀ PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU

2.1 Nguyên vÇt liáu

2.1.1 Hóa chất

- Muái b¿c nitrat (AgNO3), độ tinh khiÁt ≥ 99,99%, Trung Quác;

- Benzalkonium chloride d¿ng lßng, độ tinh khiÁt ≥ 95,0%, Trung Quác; - ChÃt khử Sodium borohydride NaBH4, độ tinh khiÁt ≥ 99,99%, Trung

Quác;

- Chÿng vi khuẩn: Escherichia coli (E.coli, ATCC 25922); Stapphylococus aureus (S.aureus, ATCC 25923) đ°ÿc cung cÃp bái Vián Công nghá sinh học;

- Môi tr°ßng PCA, Sigma; - Glyceryl, Sigma;

- Muái NaCl, Merck; - N°ớc cÃt 2 lÅn;

- Dung dách BKC th°¢ng m¿i - Dung dách nano b¿c th°¢ng m¿i

2.1.2 Dụng cụ, thiết bị:

- Các thÿy tinh các dung tích khác nhau; - Bóp cao su;

- Cân phân tích có độ chính xác ±0,001; - Máy khuÃy đũa;

- Tÿ ÿ Ãm duy trì á 37 ± 2 °C (99 ± 4 °F); - Đèn cßn;

- Bể án nhiát duy trì á 45-50 °C (113-122 °F); - Pipet: 10-1000 µL;

- àng nuôi cÃy có nÃp dung tích tái thiểu 10 mL; - Đĩa Petri, kích cỡ 90 mm x 15 mm, vô trùng; - Kẹp, que cÃy vô trùng;

- Kính hiển vi, độ phóng đ¿i tái thiểu 40X; - Th°ớc;

- Găng tay vô trùng; - Máy Vortex mixer;