Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh
 

CHẾ TẠO NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT MỸ PHẨM TẠI TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ SINH HỌC TP. HỒ CHÍ MINH

Thứ ba - 12/04/2022 20:38
Đặc tính kháng vi sinh vật của nano bạc (AgNPs) đã và đang được nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học. AgNPs được xem như một tác nhân kháng vi sinh vật có tác dụng ức chế mạnh mẽ, với phổ hoạt động kháng khá rộng đối với vi khuẩn, nấm và cả với virus (Nasrollahi và cs, 2011). Về cơ chế tiêu diệt vi sinh vật của AgNPs, có giả thuyết cho rằng, AgNPs có khả năng kháng khuẩn là do tính chất hóa học của các ion Ag+ xuất hiện trên bề mặt hạt nano. Các ion này gây ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào làm tê liệt vi sinh vật nhờ vào sự liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi vi sinh vật. Giả thuyết này cũng cho rằng, do động vật bậc cao không có thành tế bào, vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với nano bạc (Nasrollahi và cs, 2011; Prabhu và cs, 2012; Franci và cs, 2015).
 
1204 1
Hình 1. Cơ chế tiêu diệt vi khuẩn của AgNPs thông qua
các tương tác với protein và nucleic acid (Franci và cs, 2015)

Một số nghiên cứu khác cũng cho thấy AgNPs có khả năng tương tác trực tiếp với các protein trên thành tế bào của vi sinh vật và từ đó làm thay đổi cấu trúc cũng như tính chất của thành tế bào (Nasrollahi và cs, 2011). Ngoài ra, khi bạc được giải phóng ở dạng ion (Ag+) thì chúng còn có khả năng tương tác với các protein cũng như các acid nucleic tích điện âm bên trong tế bào chất bằng cách liên kết với các nhóm chức năng như thiol, phosphate, hydroxyl, imidazol và indole (Prabhu và cs, 2012; Franci và cs, 2015). Các tương tác này dẫn tới việc thành tế bào vi khuẩn bị phá hủy, các protein quan trọng như ribosome cũng như các protein vận chuyển bị thay đổi cấu trúc dẫn tới sự bất hoạt các protein này. Bên cạnh đó, vi sinh vật cũng bị tiêu diệt bởi các gốc oxi hóa tự do (ROS) vốn được sinh ra khi các ion Ag+ tương tác với các thành phần của tế bào vi sinh vật (Verma, 2015; Franci và cs, 2015).
1204 2

Hình 2. Cơ chế tiêu diệt vi sinh vật của AgNPs thông qua tác động của các gốc oxi hóa tự do (ROS) đến ty thể và DNA (Franci và cs, 2015)

Cho đến nay, AgNPs vẫn được xem là một chất kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virus thế hệ mới, tác dụng nhanh và hiệu quả. Đặc biệt, vi sinh vật không thể tạo được cơ chế kháng thuốc đối với AgNPs.

Các phương pháp chế tạo AgNPs

Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để tổng hợp AgNPs. Phương pháp vật lý có thể tổng hợp AgNPs theo cơ chế bốc hơi/ngưng tụ (Jung và cs, 2006), hay cắt nhỏ khối kim loại bằng laser có sử dụng dung môi hỗ trợ (El-Nour và cs, 2010), hoặc sử dụng các tác nhân khử như photo - reduction (Courrol và cs, 2007), microware - polyol (Tsuji và cs, 2007), v.v. Trong khi phương pháp hóa học sử dụng các tác nhân hóa học như hydrazine hydrate (Zhang và cs, 1996), ascosbic acid (Sondi và cs, 2003), nonionic surfactants (Liz-Marzán và cs, 1996), v.v. để khử ion Ag+ thành phân tử Ag0. Phương pháp sinh học sử dụng tác nhân sinh học để tổng hợp AgNPs như vi khuẩn (Gurunathan và cs, 2009), vi nấm (Vahabi và cs, 2011), hay dịch chiết từ thực vật (Veerasamy và cs, 2011), v.v. Tuy nhiên, các phương pháp trên thường khó được ứng dụng sản xuất ở quy mô lớn (cần có nguồn laser công suất lớn, lò nung chịu được áp suất và nhiệt độ cao, v.v.), gây ô nhiễm môi trường và khó kiểm soát được quá trình (sử dụng các chất khử hóa học), hiệu suất tạo AgNPs thấp và tốc độ phản ứng chậm (sử dụng các tác nhân sinh học).

Chiếu xạ để chế tạo AgNPs được đánh giá là phương pháp rất hiệu quả hiện nay do có một số ưu điểm như sau (Chen và cs, 2007): Không sử dụng các hóa chất khử độc hại, thân thiện môi trường, sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao; Tác nhân khử tự sinh ra trong quá trình chiếu xạ và phân tán đều trong toàn hệ phản ứng; Chuyển hóa hoàn toàn bạc ion thành bạc kim loại khi chiếu xạ dung dịch muối bạc nên sản phẩm có độ tinh khiết cao; Dễ dàng điều chỉnh kích thước và độ phân bố kích thước hạt nano như mong muốn; Quá trình chế tạo đơn giản, có thể thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường; Sử dụng nguyên liệu sinh học có khả năng tái tạo nên thân thiện; An toàn trong quá trình sản xuất, hiệu quả kinh tế cao và dễ dàng triển khai sản xuất ở quy mô lớn.

Cơ chế tạo hạt nano bạc từ bạc ion (Ag+) bằng phương pháp chiếu xạ là quá trình khử ion Ag+ thành bạc dạng phân tử (Ag0) trong dung dịch có sự hiện diện của chất bị khử, chất ổn định và chất bắt gốc tự do. Các ion Ag+ được khử thành phân tử Ag0 chủ yếu bằng electron solvát (e-aq) và gốc tự do hydrogen (H—) được hình thành từ phản ứng xạ ly các phân tử nước có mặt trong dung dịch (Marignier và cs, 1985), cụ thể như sau:
1204 3

Do các AgNPs sau khi hình thành thường có khuynh hướng bị kết tụ trong nước thành những hạt có kích thước lớn hơn nếu chúng không được bảo vệ. Để hạn chế sự phát triển kích thước của cụm Ag0 trong phạm vi kích thước của vật liệu nano (<100 nm) thông thường phải bổ sung các polyme với vai trò là chất ổn định vào dung dịch Ag+ trước khi chiếu xạ. Các nhóm chức trên polymer tương tác với phân tử bạc trong AgNPs tạo điều kiện để gắn các phân tử polymer lên bề mặt của hạt nano giúp ngăn cản sự keo tụ của các đám kim loại.

Ứng dụng công nghệ bức xạ trong chế tạo AgNPs tại Trung tâm Công nghệ Sinh học Tp.HCM

Nghiên cứu ứng dụng bức xạ để chế tạo chế phẩm nano bạc được thực hiện tại Trung tâm CNSH Tp.HCM từ năm 2016 sau khi được Thánh phố đầu tư 1 nguồn xạ gamma Co-60 (GC-5000) và các thiết bị nghiên cứu cấu trúc vậy liệu.  Cho đến nay, đơn vị đã thực hiện nhiều đề tài cấp Cơ sở, qua đó đã xây dựng thành công quy trình công nghệ và chế tạo nhiều chế phẩm nano bạc sử dụng các chất ổn định khác nhau ứng dụng làm chất diệt vi sinh vật trong nông nghiệp, chăn nuôi, thủy sản, mỹ phẩm và y tế, cụ thể là:
- Chế phẩm nano bạc ổn định trong các polymer tự nhiên như chitosan, oligochitosan, pectin, sericin, hyaluronate, v.v.
- Chế phẩm nano bạc ổn định trong các polymer nhân tạo như polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), v.v.
- Chế phẩm nano bạc ổn định trên nền diatomite,
- Chế phẩm nano bạc ổn định trên nền vi hạt sillica.

Trên cơ sở các chế phẩm nano bạc có chất lượng cao, ổn định tốt đã chế tạo được bằng phương pháp chiếu xạ, năm 2020, Trung tâm đã hợp tác với Công ty TNHH Mediworld sản xuất và thương mại 5 dòng sản phẩm nano kháng khuẩn gồm:
- Nước xịt họng kháng khuẩn Nano bạc,
- Gel tắm kháng khuẩn Nano bạc,
- Gel vệ sinh phụ nữ kháng khuẩn Nano bạc,
- Nước súc miệng kháng khuẩn Nano bạc,
- Kem đánh răng kháng khuẩn Nano bạc.

Các sản phẩm này đã được thương mại trên phạm vi toàn quốc và đã góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng, nhất là trong giai đoạn dịch bệnh Covid-19 xuất hiện và diễn biến phức tạp. Chính vì vậy mà quy trình tạo ra 2 sản phẩm gồm Nước xịt họng diệt khuẩn từ nano bạc (Hình 3) và Gel tắm diệt khuẩn từ nano bạc (Hình 4) đã được UBND Tp. HCM công nhận đạt sáng kiến có phạm vi ảnh hưởng cấp Thành phố năm 2020 tại Quyết định số 3794/QĐ-UBND ký ngày 08/11/2021.
 
1204 4

Hiện nay, Trung tâm đang tích cực hợp tác với các doanh nghiệp nhằm tiếp tục phát triển sản xuất và thương mại các sản phẩm từ nano bạc phục vụ sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, thủy sản theo hướng công nghệ cao, an toàn và hiệu quả.

 

Tác giả bài viết: Lê Quang Luân - P. CNSH Vật liệu - Nano

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Lượt truy cập
  • Đang truy cập16
  • Máy chủ tìm kiếm1
  • Khách viếng thăm15
  • Hôm nay5,637
  • Tháng hiện tại42,654
  • Lượt truy cập:15497375
Liên kết web
Bộ giống vi sinh vật
0101
20210723 DG BANNER
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây