Các hạt nano bạc – Nanosilver particles (NSPs hay AgNPs), là một trong những loại vật liệu nano hấp dẫn nhất và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản, trong đó nổi bật nhất là ứng dụng trong lĩnh vực y tế, bao gồm chẩn đoán, điều trị, phân phối thuốc, phủ nano Ag lên thiết bị y tế và chăm sóc sức khỏe cá nhân. 

Việc nano Ag được áp dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực y tế, khiến việc hiểu rõ hơn về nano bạc cũng như cơ chế phản ứng sinh học và độc tính tiềm ẩn của chúng ngày càng trở nên cần thiết. 

1. Nano bạc ( AgNPs) là gì?
2. Nano bạc ( AgNPs) được tổng hợp như thế nào?
3. Đặc tính nổi bật của nano bạc
4. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực y tế – sức khỏe

NANO BẠC (AgNPs) LÀ GÌ?

Nano bạc (AgNPs) là dạng tồn tại của kim loại bạc ở kích thước nano. Nano bạc có kích thước nhỏ đến mức mà mắt thường không thể nhìn thấy được, nhưng so với kim loại bạc thì các hạt nano bạc này có tỉ lệ diện tích bề mặt lớn hơn hàng triệu lần. Do đó, các tính chất đặc hiệu của Ag, bao gồm đặc tính vật lý, hóa học và sinh học cũng vì thế được tăng lên đáng kể.

Kích thước phổ biến của các phân tử Nano Bạc nằm trong khoảng từ 10-100 nm.

Nano bạc (AgNPs) đã trở thành một trong những vật liệu nano được ứng dụng trong việc chăm sóc sức khỏe con người từ hàng trăm năm nay. Gần đây, việc ứng dụng nano bạc trong lĩnh vực y sinh được quan tâm hơn bao giờ hết, bởi vì khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, và cả kháng viêm của nó.

TỔNG HỢP NANO BẠC (AgNPs) NHƯ THẾ NÀO?

Phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau sẽ dẫn đến sự khác biệt về kích thước, hình dạng và độ ổn định của thành phẩm nano bạc. Nhìn chung, có thể phân thành 3 phương pháp chính: tổng hợp vật lí, tổng hợp hóa học và tổng hợp sinh học.

1. Tổng hợp vật lý

Hóa hơi/ ngưng tụ và ăn mòn bằng laser là những kỹ thuật được sử dụng để tạo nano bạc từ các mẫu kim loại.

Kỹ thuật ăn mòn bằng tia laser sử dụng tia laser cắt bỏ/ làm mòn kim loại trong dung dịch mà không cần thuốc thử hóa học, giúp thu được nano bạc tinh khiết. Cường độ và số chùm tia laser sẽ ảnh hưởng đến nồng độ và hình thái (morphology) của hạt nano bạc được tạo thành. Thời gian càng lâu và cường độ laser càng cao thì kích thước hạt càng lớn và nồng độ càng cao. Hạt nano bạc thu được thường có kích thước khoảng 10nm. 

2. Tổng hợp hóa học 

Phương pháp đồng giảm (Chemical reduction) là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp nano bạc AgNPs, quá trình này cần sử dụng muối bạc, chất khử và chất ổn định (đóng vai trò như chất kiểm soát sự hình thành các hạt nano bạc).

Trong đó, muối bạc nitrat (AgNO₃) là muối bạc được chọn dùng để tổng hợp nano bạc, vì chi phí thấp và đặc tính hóa học ổn định hơn so với các loại muối khác trên thị trường. Chất khử có thể là borohydride, citrate, ascorbate và khí hydro. Trong đó, borohydride là một chất khử mạnh, dễ dàng tổng hợp nên các hạt nano có kích thước nhỏ với tốc độ khử nhanh. Phương pháp này khó thu được nano bạc – AgNPs nồng độ cao bởi vì tính không ổn định của quá trình tổng hợp ( aggregate instability). Còn chất ổn định được dùng các chất hoạt động bề mặt (surfactants) và các phối tử (ligand) hoặc polymers chứa các nhóm chức như polyvinylpyrrolidone, poly(ethylene glycol), poly(methacrylic acid), poly(methyl methacrylate),… Phương pháp này tạo ra các hạt nano bạc có kích thước phân bổ khoảng từ 10 -100nm.

3. Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh tổng hợp (Biosynthesis) hay còn gọi là tổng hợp xanh – green synthesis để tổng hợp nano bạc AgNPs được quan tâm ngày càng nhiều vì tính chất thân thiện với môi trường, khi sử dụng các chất khử và chất bao phủ (capping) như protein, peptides, carbohydrate, các loài vi khuẩn, nấm, nấm men tảo và thực vật.

Cơ chế của quá trình tổng hợp bằng phương pháp sinh học này bao gồm quá trình khử bằng enzyme và không dùng enzyme. Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate ( NADP+ – ở dạng oxy hóa) có thể tổng hợp nano bạc – AgNPs bằng cách khử enzyme. Đối với quá trình khử bạc không dùng enzyme, tác nhân khử và ổn định là vi sinh vật hoặc thực vật. Quá trình này diễn ra nhanh, trong vài phút và có thể kiểm soát nhiệt độ, pH nhằm tăng tốc quá trình tổng hợp nano bạc.

Ưu điểm của phương pháp này so với các phương pháp khác là quá trình tổng hợp xanh, tránh sử dụng các dung môi hữu cơ (organic solvents) và thuốc thử độc hại ( toxic reagents). Tuy nhiên, cần lưu ý khi áp dụng phương pháp này khi tổng hợp nano bạc, vì quá trình điều chế có thể làm lây lan vi khuẩn gây bệnh, cần thận trọng khi ứng dụng trong lĩnh vực y tế.

ĐẶC TÍNH NỔI BẬT CỦA NANO BẠC (AgNPs)

1. Đặc tính kháng khuẩn – Antibacterial properties

Nano bạc (AgNPs) thể hiện tính chất kháng khuẩn mạnh là do sự thừa hưởng tính chất kháng khuẩn của nguyên tố Bạc và có diện tích hoạt động bề mặt cực lớn.

Nano Ag có tác dụng kháng khuẩn mạnh mẽ  đối với các loại vi khuẩn gây bệnh cao như vi khuẩn Gram âm (E. coli), Gram dương (S. aureus) và các chủng vi khuẩn kháng chất kháng sinh (antibiotic-resistant). Hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc phụ thuộc vào kích thước hạt và nồng độ của chúng. Thông thường, ở nồng độ cao, Nano bạc hoạt động kháng khuẩn hiệu quả hơn nồng độ thấp. Với các hạt Nano bạc có kích thước nhỏ, Nano bạc sẽ dễ tiêu diệt các loại vi khuẩn hơn. 

Về cơ bản, có thể hiểu rằng: Nano bạc – AgNPs có thể thể bám vào thành tế bào vi khuẩn và sau đó thâm nhập vào trong, gây ra sự thay đổi cấu trúc của màng tế bào và tăng tính thẩm thấu của tế bào, dẫn đến chết tế bào (Hình 6).

Sự hình thành các gốc tự do ( free radical) và gây ra tổn thương màng là một cơ chế khác của nano bạc. Ngoài ra, các hạt nano bạc – AgNPs còn có khả năng giải phóng phóng các ion bạc và tương tác với các enzyme quan trọng của vi khuẩn, các base chứa phospho, thông qua đó ức chế một số chức năng của tế bào vi khuẩn, ví dụ như làm ngăn cản quá trình phân chia tế bào hay sao chép DNA (Hình 6).

2. Đặc tính kháng nấm – Antifungal properties

Bên cạnh đặc tính kháng khuẩn, nano bạc (AgNPs) còn được biết đến với ứng dụng chống nấm hiệu quả, có khả năng ứng chế sự phát triển nhiều loại nấm, ví dụ như: Candida albicans, Candida glabrata, Candida parapsilosis, Candida krusei, and Trichophyton mentagrophytes. Nano bạc có khả năng phá vỡ màng tế bào và ức chế quá trình phát triển, nảy chồi của nấm. Cũng nhờ đặc tính này mà nano bạc được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực nông nghiệp – thuốc bảo vệ thực vật.

3. Đặc tính kháng virus –  Antiviral properties

Nano bạc đã được các nhà khoa học nghiên cứu và chứng minh, là một chất có khả năng chống virus HIV- 1, virus viêm gan B, virus hợp bào hô hấp, virus herpes simplex, virus đậu mùa. Các nhà khoa học đã phát hiện rằng, nano bạc có khả năng kháng virus tốt hơn nhiều so với muối bạc vì nano ag có thể giải phóng cả nguyên tử bạc – Ag0 (atomic) và cả ion Ag+ (ionic), trong khi muối bạc chỉ giải phóng ion Ag+.

4. Đặc tính kháng viêm – Anti-inflammatory properties

Bên cạnh ba đặc tính nổi bật kể trên, nano ag còn được biết đến với vai trò kháng viêm, trên cả người (nghiên cứu lâm sàng) và động vật. Trong nghiên cứu lâm sàng trên cơ thể người, nano bạc chứa trong băng vết thương đã giúp thúc đẩy quá trình làm lành vết thương, vết loét mãn tính (chronic leg ulcers), không những thế còn giúp làm giảm lượng vi khuẩn xung quanh vết thương và giảm nguy cơ viêm nhiễm.

ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC TRONG Y TẾ – SỨC KHỎE

1. Vật liệu, dụng cụ nha khoa

Nano bạc được ứng dụng trong dụng cụ nha khoa và băng gạc. Qua các nghiên cứu, nano bạc được chứng minh là có khả năng ức chế lâu dài đối với Streptococcus mutans*, khi các dụng cụ vệ sinh răng miệng có chứa vật liệu chứa nano bạc kết hợp với nhựa composite.  

Ngoài ra, việc kết hợp sử dụng nano ag trong các vật liệu trám răng giúp tăng khả năng diệt khuẩn, ví dụ như Streptococcus milleri, S. aureus và Enterococcus faecalis. Nano bạc trong chất kết dính nha khoa giúp tăng hiệu quả kháng liên cầu khuẩn (streptococci)* nhưng không làm thay đổi đặc tính cơ học của vật liệu kết dính, vì thế được ứng dụng trong điều trị chỉnh nha (orthodontic treatments).

*Streptococcus mutans là một loại cầu khuẩn gram dương kỵ khí, thường được tìm thấy trong khoang miệng của con người và là một nguyên nhân góp phần đáng kể gây sâu răng.

*Liên cầu là các vi khuẩn Gram dương hiếu khí gây ra nhiều chứng rối loạn, bao gồm viêm họng, viêm phổi, nhiễm trùng vết thương và da, nhiễm trùng huyết, và viêm nội tâm mạc.

2. Chẩn đoán sinh học

Ngày nay, nano bạc được ứng nhiều trong chẩn đoán các bệnh liên quan đến tim mạch và ung thư. Nano bạc giúp xác định sớm đặc điểm của xơ vữa động mạch và bệnh lý tim mạch ở cấp độ phân tử và cấp độ tế bào. Việc kết hợp chẩn đoán hình ảnh sẽ giúp cho việc sử dụng thuốc hiệu quả trên từng bệnh nhân cụ thể. Bên cạnh đó, nano bạc còn có khả năng phát hiện sự tương tác giữa amyloid β-derived diffusible ligands (ADDL) và kháng thể chống ADDL (the anti-ADDL) liên quan quan đến bệnh Alzheimer.

3. Phòng ngừa lây lan dịch bệnh

Thời gian gần đây, sự gia tăng các bệnh truyền nhiễm do vi rút như Covid -19, cúm A / H5N1, cúm A / H1N1, vi rút Dengue, HIV, HBV, và các vi rút viêm não mới đang được quan tâm hàng đầu. Những căn bệnh truyền nhiễm luôn là mối đe dọa đối với sức khỏe và tinh thần con người, đặc biệt là trong tình hình đại dịch Covid-19 hiện nay. 

Để phòng tránh lây lan dịch bệnh thì việc rửa tay thường xuyên và khử khuẩn dụng cụ sinh hoạt, đồ vật, môi trường là việc làm cần thiết. Nhờ tính kháng khuẩn rất mạnh nên nano bạc được sử dụng trong các dung dịch rửa tay, khẩu trang y tế, dung dịch khử khuẩn đồ vật, môi trường. Ưu điểm khác của nano bạc là dịu da, không gây kích ứng và thân thiện với môi trường.

4. Chăm sóc vết thương

Robert Burrell đã phát triển thành công sản phẩm băng vết thương nano thương mại đầu tiên trên thế giới (Acticoat ™; Smith and Nephew, London, UK) để điều trị các vết thương khác nhau, bao gồm bỏng, loét mãn tính, hoại tử biểu bì nhiễm độc (toxic epidermal necrolysis) và pemphigus*.

Nano bạc trong băng vết thương làm giảm đáng kể thời gian làm lành vết thương, trung bình giảm 3,35 ngày và còn giúp tăng khả năng diệt vi khuẩn tại vết thương bị nhiễm trùng so với sulfadiazine bạc*, nhưng không gây ra tác dụng phụ nguy hiểm. Băng vết thương chứa nano ag còn được chứng minh là có thể tăng khả năng chữa lành vết thương bỏng nhẹ.

*Pemphigus là bệnh lý thuộc nhóm bệnh da có bọng nước tự miễn, do xuất hiện tự kháng thể IgG lưu hành trong máu, gây phá huỷ liên kết giữa các tế bào biểu mô sừng (keratinocytes) tạo lên hiện tượng ly gai, hình thành phỏng nước trong lớp biểu bì da và niêm mạc.

*Silver sulfadiazine là thuốc thường được sử dụng để điều trị và ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn ở trẻ em 2-3 tuổi trở lên bị bỏng. 

5. Cấy ghép tim mạch

Thiết bị y tế dùng để cấy ghép tim mạch đầu tiên có chứa bạc là van tim giả bằng silicon được phủ một lớp bạc, thiết bị đã được thiết kế để ngăn ngừa nguy cơ nhiễm trùng bởi các vi khuẩn bám trên van silicone, bên cạnh đó giúp giảm phản ứng viêm. Tuy nhiên, kim loại Ag có thể gây mẫn cảm, ức chế chức năng bình thường của nguyên bào sợi* (fibroblast), và dẫn đến tổn thương mô, tế bào ở người bệnh. Sau quá trình nghiên cứu, Nano Ag được xác định là đảm bảo an toàn và không độc hại trong các thiết bị y tế, không giống như bạc kim loại. Do đó, các nhà khoa học đã tổng hợp một loại nanocomposite mới với nano bạc cùng một loại carbon giống kim cương (diamond-like carbon) làm lớp phủ bề mặt cho van tim và ống đỡ tim mạnh (stent), và nhận thấy rằng bề mặt của nano composite có đặc tính kháng huyết khối*(antithrombogenic) và kháng khuẩn.

Ngoài ra, nano bạc còn được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và điều trị ung thư, dùng trong sản xuất lớp phủ kính áp tròng, …

*Nguyên bào sợi ( Fibroblast) là một loại tiền tế bào chuyên biệt nằm ở lớp trung bì của da, bao gồm một tế bào phân nhánh bao quanh một nhân tế bào hình elip. Là  một loại tế bào sinh học tổng hợp các cấu trúc nền của da và collagen, khung cấu trúc (stroma) cho các mô động vật, và đóng một vai trò quan trọng trong việc chữa lành vết thương.

*Huyết khối hay cục máu đông được định nghĩa là một quá trình bệnh lý do sự phát động và lan rộng bất hợp lý của các phản ứng đông cầm máu trong cơ thể dẫn đến hình thành cục máu đông trong lòng mạch máu.

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH THƯỚC HẠT

Hiện nay, dưới sự phát triển vượt bật của khoa học – công nghệ mà các thông tin về kích thước hạt nano có thể được phân tích, kiểm tra, đánh giá bằng nhiều phương pháp, kỹ thuật khác nhau. Dưới đây, chúng tôi liệt kê sáu phương pháp giúp đánh giá ở mức độ cấp độ tổng thể – ensamble level (E) hoặc ở cấp độ hạt nano đơn lẻ – single nano partical level (SP): :

1. Tán xạ ánh sáng động – Dynamic light scattering (E)
2. Ly tâm đĩa – Disc centrifugation (E)
3. Phân tích theo dõi hạt nano – Nanoparticle tracking analysis  (SP)
4. Cảm biến xung điện trở có thể điều chỉnh được – Tunable Resistive Pulse Sensing (SP)
5. Kính hiển vi lực nguyên tử – Atomic force microscopy(SP)
6. Kính hiển vi điện tử – Electron microscopy (SP)

Như đã đề cập ở trên, kích thước phổ biến của các phân tử Nano bạc (AgNPs) nằm trong khoảng từ 10-100 nm. Máy phân tích HORIBA sở hữu khả năng đo kích thước hạt ở một phạm vi rất rộng từ dưới 1 nm đến 30 mm, ở nồng độ từ 1 ppm đến 50 vol% với khả năng xác định hình dạng bắt đầu từ 1 µm. Các mẫu có thể từ bột khô đến dạng huyền phù.

Với dòng máy phân tích kích thước hạt HORIBA SZ-100Z2 có thể đo kích thước hạt trong phạm vi từ 0.3 nm – 10 µm (=10 000 nm). Dòng máy phân tích HORIBA LA-960 V2 sở hữu phạm vi phân tích rộng hơn: từ 10 nm – 3000 µm ( đo ướt) và 5000 µm ( đo khô).
Các dòng máy này sở hữu nhiều tính năng nổi bật, có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, nông nghiệp.

References:

1. Liangpeng Ge, Qingtao Li, Meng Wang, Jun Ouyang, Xiaojian Li, and Malcolm MQ Xing. (2014). Nanosilver particles in medical applications: synthesis, performance, and toxicity. Int. J. Nanomedicine, p. 2399—2407. doi: 10.2147/IJN.S55015

2. A. Burdușel, Oana Gherasim, Alexandru Mihai Grumezescu, Laurențiu Mogoantă, Anton Ficai, and Ecaterina Andronescu (2018). Biomedical Applications of Silver Nanoparticles: An Up-to-Date Overview. Nanomaterials (Basel). doi:10.3390/nano8090681.

Các hạt nano bạc – Nanosilver particles (NSPs hay AgNPs), là một trong những loại vật liệu nano hấp dẫn nhất và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế sức khỏe, nông nghiệp và nuôi trồng thủy hải sản.

Việc nano Ag được áp dụng ngày càng nhiều trong lĩnh nông nghiệp, đặc biệt là thuốc bảo vệ thực vật, khiến việc hiểu rõ hơn về nano bạc cũng như cơ chế phản ứng sinh học và độc tính tiềm ẩn của chúng ngày càng trở nên cần thiết. 

1. Nano bạc ( AgNPs) là gì?
2. Nano bạc ( AgNPs) được tổng hợp như thế nào?
3. Đặc tính nổi bật của nano bạc
4. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực y tế – sức khỏe

NANO BẠC (AgNPs) LÀ GÌ?

Nano bạc (AgNPs) là dạng tồn tại của kim loại bạc ở kích thước nano. Nano bạc có kích thước nhỏ đến mức mà mắt thường không thể nhìn thấy được, nhưng so với kim loại bạc thì các hạt nano bạc này có tỉ lệ diện tích bề mặt lớn hơn hàng triệu lần. Do đó, các tính chất đặc hiệu của Ag, bao gồm đặc tính vật lý, hóa học và sinh học cũng vì thế được tăng lên đáng kể.

Kích thước phổ biến của các phân tử Nano Bạc nằm trong khoảng từ 10-100 nm.

Nano bạc (AgNPs) đã trở thành một trong những vật liệu nano được ứng dụng trong việc chăm sóc sức khỏe con người từ hàng trăm năm nay. Gần đây, việc ứng dụng nano bạc trong lĩnh vực y sinh được quan tâm hơn bao giờ hết, bởi vì khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus, và cả kháng viêm của nó.

TỔNG HỢP NANO BẠC ( AgNPs) NHƯ THẾ NÀO?

Phương pháp tổng hợp nano bạc khác nhau sẽ dẫn đến sự khác biệt về kích thước, hình dạng và độ ổn định của thành phẩm nano bạc. Nhìn chung, có thể phân thành 3 phương pháp chính: tổng hợp vật lí, tổng hợp hóa học và tổng hợp sinh học.

1. Tổng hợp vật lý

Hóa hơi/ ngưng tụ và ăn mòn bằng laser là những kỹ thuật được sử dụng để tạo nano bạc từ các mẫu kim loại.

Kỹ thuật ăn mòn bằng tia laser sử dụng tia laser cắt bỏ/ làm mòn kim loại trong dung dịch mà không cần thuốc thử hóa học, giúp thu được nano bạc tinh khiết. Cường độ và số chùm tia laser sẽ ảnh hưởng đến nồng độ và hình thái (morphology) của hạt nano bạc được tạo thành. Thời gian càng lâu và cường độ laser càng cao thì kích thước hạt càng lớn và nồng độ càng cao. Hạt nano bạc thu được thường có kích thước khoảng 10nm. 

2. Tổng hợp hóa học 

Phương pháp đồng giảm (Chemical reduction) là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp nano bạc AgNPs, quá trình này cần sử dụng muối bạc, chất khử và chất ổn định (đóng vai trò như chất kiểm soát sự hình thành các hạt nano bạc).

Trong đó, muối bạc nitrat (AgNO₃) là muối bạc được chọn dùng để tổng hợp nano bạc, vì chi phí thấp và đặc tính hóa học ổn định hơn so với các loại muối khác trên thị trường. Chất khử có thể là borohydride, citrate, ascorbate và khí hydro. Trong đó, borohydride là một chất khử mạnh, dễ dàng tổng hợp nên các hạt nano có kích thước nhỏ với tốc độ khử nhanh. Phương pháp này khó thu được nano bạc – AgNPs nồng độ cao bởi vì tính không ổn định của quá trình tổng hợp ( aggregate instability). Còn chất ổn định được dùng các chất hoạt động bề mặt (surfactants) và các phối tử (ligand) hoặc polymers chứa các nhóm chức như polyvinylpyrrolidone, poly(ethylene glycol), poly(methacrylic acid), poly(methyl methacrylate),… Phương pháp này tạo ra các hạt nano bạc có kích thước phân bổ khoảng từ 10 -100nm.

3. Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh tổng hợp (Biosynthesis) hay còn gọi là tổng hợp xanh – green synthesis để tổng hợp nano bạc AgNPs được quan tâm ngày càng nhiều vì tính chất thân thiện với môi trường, khi sử dụng các chất khử và chất bao phủ (capping) như protein, peptides, carbohydrate, các loài vi khuẩn, nấm, nấm men tảo và thực vật.

Cơ chế của quá trình tổng hợp bằng phương pháp sinh học này bao gồm quá trình khử bằng enzyme và không dùng enzyme. Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate ( NADP+ – ở dạng oxy hóa) có thể tổng hợp nano bạc – AgNPs bằng cách khử enzyme. Đối với quá trình khử bạc không dùng enzyme, tác nhân khử và ổn định là vi sinh vật hoặc thực vật. Quá trình này diễn ra nhanh, trong vài phút và có thể kiểm soát nhiệt độ, pH nhằm tăng tốc quá trình tổng hợp nano bạc.

Ưu điểm của phương pháp này so với các phương pháp khác là quá trình tổng hợp xanh, tránh sử dụng các dung môi hữu cơ (organic solvents) và thuốc thử độc hại ( toxic reagents). Tuy nhiên, cần lưu ý khi áp dụng phương pháp này khi tổng hợp nano bạc, vì quá trình điều chế có thể làm lây lan vi khuẩn gây bệnh, cần thận trọng khi ứng dụng trong lĩnh vực y tế.

ĐẶC TÍNH NỔI BẬT CỦA NANO BẠC (AgNPs)

1. Đặc tính kháng khuẩn – Antibacterial properties

Nano bạc (AgNPs) thể hiện tính chất kháng khuẩn mạnh là do sự thừa hưởng tính chất kháng khuẩn của nguyên tố Bạc và có diện tích hoạt động bề mặt cực lớn.

Nano Ag có tác dụng kháng khuẩn mạnh mẽ  đối với các loại vi khuẩn gây bệnh cao như vi khuẩn Gram âm (E. coli), Gram dương (S. aureus) và các chủng vi khuẩn kháng chất kháng sinh (antibiotic-resistant). Hiệu quả kháng khuẩn của nano bạc phụ thuộc vào kích thước hạt và nồng độ của chúng. Thông thường, ở nồng độ cao, Nano bạc hoạt động kháng khuẩn hiệu quả hơn nồng độ thấp. Với các hạt Nano bạc có kích thước nhỏ, Nano bạc sẽ dễ tiêu diệt các loại vi khuẩn hơn. 

Về cơ bản, có thể hiểu rằng: Nano bạc – AgNPs có thể thể bám vào thành tế bào vi khuẩn và sau đó thâm nhập vào trong, gây ra sự thay đổi cấu trúc của màng tế bào và tăng tính thẩm thấu của tế bào, dẫn đến chết tế bào (Hình 6).

Sự hình thành các gốc tự do ( free radical) và gây ra tổn thương màng là một cơ chế khác của nano bạc. Ngoài ra, các hạt nano bạc – AgNPs còn có khả năng giải phóng phóng các ion bạc và tương tác với các enzyme quan trọng của vi khuẩn, các base chứa phospho, thông qua đó ức chế một số chức năng của tế bào vi khuẩn, ví dụ như làm ngăn cản quá trình phân chia tế bào hay sao chép DNA (Hình 6).

2. Đặc tính kháng nấm – Antifungal properties

Bên cạnh đặc tính kháng khuẩn, nano bạc (AgNPs) còn được biết đến với ứng dụng chống nấm hiệu quả, có khả năng ứng chế sự phát triển nhiều loại nấm, ví dụ như: Candida albicans, Candida glabrata, Candida parapsilosis, Candida krusei, and Trichophyton mentagrophytes. Nano bạc có khả năng phá vỡ màng tế bào và ức chế quá trình phát triển, nảy chồi của nấm. Cũng nhờ đặc tính này mà nano bạc được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực nông nghiệp – thuốc bảo vệ thực vật.

3. Đặc tính kháng virus –  Antiviral properties

Nano bạc đã được các nhà khoa học nghiên cứu và chứng minh, là một chất có khả năng chống virus HIV- 1, virus viêm gan B, virus hợp bào hô hấp, virus herpes simplex, virus đậu mùa. Các nhà khoa học đã phát hiện rằng, nano bạc có khả năng kháng virus tốt hơn nhiều so với muối bạc vì nano ag có thể giải phóng cả nguyên tử bạc – Ag0 (atomic) và cả ion Ag+ (ionic), trong khi muối bạc chỉ giải phóng ion Ag+.

4. Đặc tính kháng viêm – Anti-inflammatory properties

Bên cạnh ba đặc tính nổi bật kể trên, nano ag còn được biết đến với vai trò kháng viêm, trên cả người (nghiên cứu lâm sàng) và động vật. Trong nghiên cứu lâm sàng trên cơ thể người, nano bạc chứa trong băng vết thương đã giúp thúc đẩy quá trình làm lành vết thương, vết loét mãn tính (chronic leg ulcers), không những thế còn giúp làm giảm lượng vi khuẩn xung quanh vết thương và giảm nguy cơ viêm nhiễm.

ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC (AgNPs) TRONG NÔNG NGHIỆP

Cơ chế kháng khuẩn của Nano Bạc trong việc kiểm soát sự phát triển của mầm bệnh trên cây trồng

Các hạt nano bạc (AgNPs) có khả năng bám vào thành tế bào vi khuẩn và thâm nhập vào bên trong, gây ra những biến đổi cấu trúc trong màng tế bào vi khuẩn như làm thay đổi tính thấm của màng tế bào vi khuẩn và làm chết tế bào.

Bên cạnh đó, sẽ hình thành các “hố” trên tế bào và dẫn đến tích tụ các hạt nano trên bề mặt tế bào. Sự hình thành các gốc tự do bởi các hạt nano bạc có thể được coi là một cơ chế khác khiến tế bào vi khuẩn chết đi. Các nghiên cứu khoa học đã cho thấy rằng có sự hình thành các gốc tự do khi Nano bạc tiếp xúc với vi khuẩn và các gốc tự do này làm cho màng tế bảo trở nên rỗng xốp và cuối cùng dẫn đến chết tế bào.

Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng: đã có sự giải phóng các ion Ag+ trong quá trình nano ag ức chế mầm bệnh trên cây, các ion này có đặc tính tương tác với nhóm -SH của nhiều enzyme quan trọng trong tế bào và bất hoạt chúng. Khi tế bào vi khuẩn tiếp xúc với các ion bạc, do enzyme đã bị bất hoạt dẫn đến nhiều chức năng bị ức chế và dẫn đến làm hỏng tế bào, hình thành các nhóm oxy phản ứng – Reactive oxygen species (ROS)* tấn công ngược lại các tế bào của vi khuẩn.

*Reactive oxygen species (ROS): là các hóa chất có tính phản ứng cao được hình thành từ O₂. Ví dụ như peroxit, superoxit, gốc hydroxyl, oxy đơn và oxy alpha.

Ứng dụng cơ bản của Nano Bạc (AgNPs) trong lĩnh vực nông nghiệp – BVTV

• Nano bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, diệt virus, chống nấm, khử mùi hiệu quả: Nano Bạc được biết đến với công dụng giúp trừ sạch bệnh: xoắn đọt, quăn lá, héo xanh, héo rũ vi khuẩn, đặc trị nấm Phytopthora, Fusarium, trị nấm quả, nấm hồng, rỉ sắt, phấn trắng, đốm dầu vi khuẩn cứng trái, loét trái, thối quả, cháy bạc lá, chống bệnh tiêu điên, lở cổ rễ, …
• Nano bạc không cho vi khuẩn có cơ hội tạo ra tính kháng thuốc. Do đó AgNPs có thể sử dụng thường xuyên lâu dài mà không phải thay thế các chế phẩm (thuốc) diệt khuẩn khác.
• Nano bạc không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng cho phép, không có phụ gia hóa chất, không gây tồn dư các chất hóa học độc hại trên nông sản sau thu hoạch.
• Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau như nước, benzen hay toluen.
• Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới các tác nhân oxy hóa khử thông thường của môi trường. Thời hạn sử dụng (bảo quản) của nano bạc tương đối dài từ 2-3 năm.
• Đảm bảo hiệu quả khi sử dụng vì nano bạc có kích thước vô cùng nhỏ nên khi phun qua lá, các hạt nano bạc dễ dàng bám dính trên các kẽ lá, giúp dễ thẩm thấu vào tế bào lá.

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KÍCH THƯỚC HẠT

Hiện nay, dưới sự phát triển vượt bật của khoa học – công nghệ mà các thông tin về kích thước hạt nano có thể được phân tích, kiểm tra, đánh giá bằng nhiều phương pháp, kỹ thuật khác nhau. Dưới đây, chúng tôi liệt kê sáu phương pháp giúp đánh giá ở mức độ cấp độ tổng thể – ensamble level (E) hoặc ở cấp độ hạt nano đơn lẻ – single nano partical level (SP): :

1. Tán xạ ánh sáng động – Dynamic light scattering (E)
2. Ly tâm đĩa – Disc centrifugation (E)
3. Phân tích theo dõi hạt nano – Nanoparticle tracking analysis  (SP)
4. Cảm biến xung điện trở có thể điều chỉnh được – Tunable Resistive Pulse Sensing (SP)
5. Kính hiển vi lực nguyên tử – Atomic force microscopy(SP)
6. Kính hiển vi điện tử – Electron microscopy (SP)

Như đã đề cập ở trên, kích thước phổ biến của các phân tử Nano bạc (AgNPs) nằm trong khoảng từ 10-100 nm. Máy phân tích HORIBA sở hữu khả năng đo kích thước hạt ở một phạm vi rất rộng từ dưới 1 nm đến 30 mm, ở nồng độ từ 1 ppm đến 50 vol% với khả năng xác định hình dạng bắt đầu từ 1 µm. Các mẫu có thể từ bột khô đến dạng huyền phù.

Với dòng máy phân tích kích thước hạt HORIBA SZ-100Z2 có thể đo kích thước hạt trong phạm vi từ 0.3 nm – 10 µm (=10 000 nm). Dòng máy phân tích HORIBA LA-960 V2 sở hữu phạm vi phân tích rộng hơn: từ 10 nm – 3000 µm ( đo ướt) và 5000 µm ( đo khô).
Các dòng máy này sở hữu nhiều tính năng nổi bật, có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, nông nghiệp.

References:

1. Nomita Gupta, Chandrama Prakash Upadhyaya, Amar Singh, Kamel A. Abd-Elsalam, and Ram Prasad (2018). Applications of Silver Nanoparticles in Plant Protection. Nanobiotechnology Applications in Plant Protection. DOI: 10.1007/978-3-319-91161-8_9
2. Liangpeng Ge, Qingtao Li, Meng Wang, Jun Ouyang, Xiaojian Li, and Malcolm MQ Xing. (2014). Nanosilver particles in medical applications: synthesis, performance, and toxicity. Int. J. Nanomedicine, p. 2399—2407. doi: 10.2147/IJN.S55015
3. A. Burdușel, Oana Gherasim, Alexandru Mihai Grumezescu, Laurențiu Mogoantă, Anton Ficai, and Ecaterina Andronescu (2018). Biomedical Applications of Silver Nanoparticles: An Up-to-Date Overview. Nanomaterials (Basel). doi:10.3390/nano8090681.

THAM KHẢO THÊM

Đo kích thước hạt của xi măng bằng máy phân tích kích thước hạt laser

Phương pháp đo kích thước hạt SLS.

Phương pháp đo kích thước hạt DLS.

Phương pháp xác định kích thước hạt của vật liệu

Đo kích thước hạt màu với thiết bị phân tích kích thước hạt.

Ứng dụng phân tích kích thước hạt trong sản xuất cafe hòa tan.

Ảnh hưởng của kích thước hạt trong đánh giá chất lượng cà phê hòa tan.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng giấy trong quá trình sản xuất.

Ý nghĩa việc đo kích thước hạt Nano Titanium Dioxide trong mỹ phẩm.

Phương pháp đo kích thước hạt đường.

Phương pháp phân tích kích thước hạt trong hệ nhũ tương.

5 ứng dụng nổi bật của phân tích kích thước hạt trong lĩnh vực thực phẩm – đồ uống.

Ứng dụng phân tích, kiểm tra kích thước hạt trong mayonnaise.

Ý nghĩa của kiểm soát kích thước hạt trong sản xuất socola và bột cacao.

Tầm quan trọng của kích thước hạt trong quá trình đồng hóa sữa.

Vì sao kiểm soát kích thước hạt trong sản xuất cafe rất quan trọng?

Tầm quan trong của sự phân bố kích thước hạt trong dược phẩm.

So sánh các dòng phân tích kích thước hạt mới nhất của Horriba.

Tầm quan trọng của phân tích kích thước hạt trong sản xuất thực phẩm chức năng – dược phẩm.

Nano Bạc (AgNPs) và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp – thuốc bảo vệ thực vật.

ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH, KIỂM TRA KÍCH THƯỚC HẠT TRONG MAYONNAISE

Các thành phần cơ bản của mayonnaise bao gồm dầu, trứng, giấm và muối, mayonaise chứa nhiều calo. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu vai trò quan trọng của kích thước hạt trong việc hình thành các sản phẩm mayonnaise và mayo và những thay đổi tác động, ảnh hưởng đến hương vị của sốt mayonnaise như thế nào.

Mayonnaise là một trong những loại gia vị phổ biến nhất trên toàn thế giới và được chế biến theo nhiều cách khác nhau. Phương pháp cơ bản là tạo hỗn hợp nhũ tương dầu trong nước, được làm từ lòng đỏ trứng, một loại axit như giấm, nước cốt chanh, dầu và muối. Lòng đỏ trứng là thành phần chính vì khả năng nhũ hóa cao do có các phospholipid và lipoprotein (LDL và HDL). Lòng đỏ trứng cũng đóng góp 6mg cholesterol cho mỗi thìa sốt mayonnaise. Bằng cách khử mỡ, dầu chiếm 65% khối lượng của mayonnaise. Điều này tương đương với 10 mg chất béo trong mỗi muỗng canh, hoặc 100 trong số 2000 calo được khuyến nghị hàng ngày.

Khi những người tiêu dùng có ý thức về sức khỏe, họ bắt đầu xem xét kỹ lưỡng hơn về các thành phần trên mục Nutrition Facts Labels, các nhà sản xuất phải nỗ lực để tạo ra một sản phẩm mayonnaise có hàm lượng cholesterol thấp hơn, lượng calo thấp hơn và hàm lượng dầu tốt cho sức khỏe nhiều hơn nhưng vẫn duy trì hương vị như cũ và cảm giác vừa miệng cho khách hàng.

Tính chất hóa lý của Mayonnaise và tầm quan trọng của kích thước hạt

Có bảy đặc tính hóa lý của mayonnaise được xem là những yếu tố chính để đánh giá nhu cầu tiêu thụ sản phẩm của người tiêu dùng đối với sản phẩm: 

1. Độ ổn định của nhũ tương

2. Tính chất lưu biến (spreadability)

3. Đặc điểm cảm quan ( như hương vị, màu sắc, kết cấu, hình thức,…)

4. Sự phân bố kích thước hạt

5. pH

6. Hàm lượng cholesterol

7. Microstructure

Việc đảm bảo sự cân bằng giữa các yếu tố này là thách thức đối với các nhà sản xuất. Ví dụ, loại bỏ trứng khỏi công thức mayonnaise làm giảm đáng kể hàm lượng cholesterol, nhưng nó cũng loại bỏ chất nhũ hóa quan trọng giữ dầu và nước lại với nhau. Phải sử dụng một chất nhũ hóa “bắt chước” trứng thích hợp ví dụ như chất cô lập protein đậu nành hoặc protein từ hạt đậu, để duy trì sự ổn định của nhũ tương trong sản phẩm. Tuy nhiên, protein đậu hoặc đậu nành hoạt động kém hơn. Do đó, một chất làm đặc phải được thêm vào để giữ lại các đặc tính lưu biến trong sản phẩm. Dầu ô liu nguyên chất được coi là tốt cho sức khỏe hơn so với dầu hạt cải hoặc dầu đậu nành, nhưng khi dùng dầu ô liu thì độ đặc và độ cứng lại thấp hơn so với 2 loại còn lại.

Để đảm bảo hương vị của sản phẩm tốt và đáp ứng các yêu cầu cảm quan của khách hàng đối với thương hiệu, yếu tố quan trọng nhất vẫn là phân bố kích thước hạt vì nó kiểm soát độ ổn định của nhũ tương, đặc tính lưu biến và các đặc điểm cảm quan. Xác định kích thước hạt trong quá trình xây dựng công thức và trong quy trình công nghệ sản xuất maiyo là những yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng mayonnaise đầu ra.

Nguyên liệu và Phương pháp 

Bốn lọ mayonnaise bán sẵn trên thị trường đã được mua về và tiến hành thử nghiệm. (Hai trong số đó là mayo thuần chay hàm lượng thấp trứng). Dữ liệu được thu thập bằng máy phân tích kích thước hạt nhiễu xạ laser HORIBA LA-960 với phương pháp thử nghiệm phân tích sau:

• Chỉ số khúc xạ: 1,46 | Imaginary (absorption): 0.001i 
• Lưu chất phân tán – Nước khử ion (Deionized water)
• Tốc độ bơm – Tốc độ bơm nhẹ nhàng ở mức 1-3 để tránh gián đoạn nhũ tương

Kết quả phân tích

Để xác định phạm vi kích thước hạt tối ưu theo mayonnaise thật, một loại mayonnaise có chứa trứng thông thường không thương hiệu (generic egg-containing mayonnaise) đã được mua về và thử nghiệm trên thiết bị phân tích kích thước hạt LA-960. Kết quả phân tích của loại mayonnaise này cùng với loại mayonnaise thuần chay được ưa chuộng (popular vegan mayo) và mayonnaise từ dầu bơ (avocado oil mayonnaise) được đem ra so sánh. Thu được kết quả là kích thước giọt trung bình lý tưởng cho mayonnaise, bất kể nguyên liệu nào được sử dụng, đều nằm trong khoảng 10-13 µm (Hình 1).

Mayo thuần chay “được ưa chuộng” (popular vegan mayo) thể hiện sự phân bố kích thước hạt tuân theo phân phối Gauss, trong khi loại mayonaises còn lại hiển thị sự phân phối kích thước hạt tuân theo phân phối nhị thức ( binomial distribution) và các hạt có kích thước khá lớn, phân bố kéo dài đến 800 µm (Hình 2).

Kích thước hạt trung bình của loại mayo thuần chay không thương hiệu (generic vegan mayo) lớn gấp năm lần so với loại mayonnaise thuần chay được dùng phổ biến (popular vegan mayo). Sự hiện diện của các hạt lớn hơn 30 µm thường gây cảm giác không ngon miệng và thường dẫn đến thời hạn sử dụng ngắn hơn.

Kết quả phân tích cho thấy khi hai loại mayo thuần chay (vegan mayo) được trộn với nước. Có thể nhìn thấy những cục lớn nổi trên mặt của loại mayonnaise thuần chay “no brand”, trong khi không có cục lợn cợn nào xuất hiện đối với loại mayo thuần chay có thương hiệu (Hình 3).

HORIBA LA-960V2 và SZ-100Z2 – Lựa chọn đáng tin cậy và hữu hiệu cho quá trình phân tích, kiểm tra kích thước hạt trong sản phẩm mayonnaise

Nghiên cứu này cho thấy hiệu quả của kỹ thuật tán xạ laser LA-960V2 của HORIBA trong việc xác định phạm vi kích thước hạt tối ưu cho mayonnaise và đặc biệt là tầm quan trọng của việc sử dụng dữ liệu kích thước hạt để dự đoán độ ổn định của nhũ tương, tính chất lưu biến và các đặc điểm cảm quan cho thành phẩm, trước khi đến tay người tiêu dùng. Người tiêu dùng ngày nay sẵn sàng trả một mức giá cao cho một sản phẩm cải tiến được cho là “lành mạnh hơn – an toàn hơn” nếu kích thước hạt được giữ nguyên, vẫn đảm bảo hương vị, hình thức sản phẩm và cảm giác ngon miệng khi dùng.

THAM KHẢO THÊM

Đo kích thước hạt của xi măng bằng máy phân tích kích thước hạt laser

Phương pháp đo kích thước hạt SLS.

Phương pháp đo kích thước hạt DLS.

Phương pháp xác định kích thước hạt của vật liệu

Đo kích thước hạt màu với thiết bị phân tích kích thước hạt.

Ứng dụng phân tích kích thước hạt trong sản xuất cafe hòa tan.

Ảnh hưởng của kích thước hạt trong đánh giá chất lượng cà phê hòa tan.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng giấy trong quá trình sản xuất.

Ý nghĩa việc đo kích thước hạt Nano Titanium Dioxide trong mỹ phẩm.

Phương pháp đo kích thước hạt đường.

Phương pháp phân tích kích thước hạt trong hệ nhũ tương.

5 ứng dụng nổi bật của phân tích kích thước hạt trong lĩnh vực thực phẩm – đồ uống.

Ứng dụng phân tích, kiểm tra kích thước hạt trong mayonnaise.

Ý nghĩa của kiểm soát kích thước hạt trong sản xuất socola và bột cacao.

Tầm quan trọng của kích thước hạt trong quá trình đồng hóa sữa.

Vì sao kiểm soát kích thước hạt trong sản xuất cafe rất quan trọng?

Tầm quan trong của sự phân bố kích thước hạt trong dược phẩm.

So sánh các dòng phân tích kích thước hạt mới nhất của Horriba.

Tầm quan trọng của phân tích kích thước hạt trong sản xuất thực phẩm chức năng – dược phẩm.

Nano Bạc (AgNPs) và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp – thuốc bảo vệ thực vật.