Nghiên cứu chế tạo và phát triển ứng dụng một số vật liệu nano bạc để khử trùng trong y tế và sản xuất

Committee on Med... Committee on Med.

B KHOA H C VÀ CÔNG NGH

*************

BÁO CÁO K T QU TH C HI N NHI M V H P TÁC QU C T

(Theo Ngh đ nh th Khoa h c - Công ngh v i Liên bang Nga)

(2007 - 2009)

NGHIÊN C U CH T O VÀ PHÁT TRI N NG D NG

C quan ch trì : Vi n Công ngh môi tr ng, Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam

Ch nhi m Nhi m v : TS Nguy n Vi t Dǜng

BÁO CÁO K T QU TH C HI N NHI M V H P TÁC QU C T

(Theo Ngh đ nh th Khoa h c - Công ngh v i Liên bang Nga)

(2007 - 2009)

Thông tin chung v nhi m v :

Tên nhi m v : Nghiên c u ch t o và phát tri n ng d ng m t s v t li u nano b c đ

kh trùng trong y t , đ i s ng và s n xu t

Th i gian th c hi n: 30 tháng

T tháng 1 nĕm 2007 đ n tháng 6 nĕm 2009

H c hàm, h c v , chuyên môn: Ti n s v t lý k thu t

Ch c danh khoa h c: Nghiên c u viên chính

Vi t Nam

H và tên ch nhi m đ i tác n c ngoài:

1) M A Ananhian

H c hàm, h c v , chuyên môn: GS VS., v t lý

Ch c danh khoa h c: Giám đ c T p đoàn Công nghi p nano

Ě a ch : 38 B Tatarskaya, Moskva 113184, Liên bang Nga

2) O V Suvorova

H c hàm, h c v , chuyên môn: TS Hóa h c

Ch c danh khoa h c: Giám đ c Công ty TNHH “LANACOM”, Liên bang Nga

Ě a ch : Ul Malaia Dmitrovka, d 15, Moskva

Th i gian ký k t tho thu n:

Th a thu n v i T p đoàn Công nghi p nano (Liên bang Nga) đ c ký tháng 8 nĕm

DANH SÁCH CÁC CÁN B THAM GIA NHI M V

tr ng, Vi n KH&CNVN

Ch trì nhi m v , ph trách m ng nghiên c u ch t o nano b c và các

vi đi n t TEM, SEM, KHV l c nguyên t

- Tham gia ch t o và nghiên c u đánh giá ch t l ng các v t li u

ph compozit nano b c/polime

Th ng xuyên cung c p thông tin

m i v công ngh nano, giúp đ xác đ nh ph ng h ng nghiên

c u, t o đi u ki n cho các cán b

VN ti p xúc v i các c quan và các nhà khoa h c Nga, cung c p nano

b c, h ng d n ph ng pháp nghiên c u tính ch t và đánh giá

ch t l ng s n ph m, gi ng bài và tham d h i th o t i VN

M C L C Trang

Danh sách cán b tham gia nhi m v 3

2.2 Ph ng pháp nghiên c u và quy trình nghiên c u 59

2 2.1 Nghiên c u ch t o nano b c b ng ph ng pháp mixen

2.2.5 Nghiên c u ho t l c c a b ĕng nano b c trên m t s

ch ng vi khu n qu c t và vi khu n th ng g p trong

b ng

73

2.2.6 Nghiên c u ti n lâm sàng tác d ng đi u tr t i ch v t

b ng c a b ĕng nano b c trên v t b ng nông th thí nghi m

74

2.2.7 Nghiên c u lâm sàng kh n ĕng đi u tr v t th ng, v t

loét c a b ĕng nano b c trên b nh nhân t i Vi n T quân

đ i 108

77

2.2.8 Nghiên c u ti n lâm sàng tác d ng đi u tr c a bĕng

nano b c trên vùng l y da và b ng nông các b nh nhân b ng

79

3.1.1 Nghiên c u ch t o nano b c b ng ph ng pháp mixen

101

3.2.2 Nghiên c u tác d ng kh trùng c a các dung d ch nano

b c đ i v i m t s ch ng vi khu n th ng g p trong môi

tr ng sinh ho t

102

3.2.3 Ěánh giá kh nĕng kh khu n c a dung d ch nano b c

đ i v i ph y khu n Vibrio cholerae gây b nh d ch t

105

3.3 Nghiên c u ch t o b ĕng g c t m nano b c 109

3.3.1 Nghiên c u li u đ c tính c p c a dung d ch nano b c 109

3.3.2 Nghiên c u ch t o b ĕng g c t m nano b c 111

3.3.3 Ěánh giá t c đ gi i phóng ion b c vào d ch v t th ng 114

3.4 Nghiên c u invitro ho t l c c a b ĕng nano b c trên

3.4.2 K t qu nghiên c u in-vitro ho t l c c a b ĕng nano b c

trên các ch ng vi khu n phân l p t b nh nhân b ng

115

3.5 Nghiên c u ti n lâm sàng tác d ng đi u tr t i ch v t

th ng b ng c a b ĕng nano b c trên v t b ng nông

th thí nghi m

116

3.6 Nghiên c u lâm sàng kh n ĕng đi u tr v t th ng,

v t loét c a b ĕng nano b c trên b nh nhân t i Vi n

T Q Ě 108

120

3.7 Nghiên c u lâm sàng tác d ng đi u tr c a bĕng nano

b c trên vùng l y da và b ng nông các b nh nhân

Á T VI T T T

AOT: Bis-2-ethylhexyl sunfosuccinat natri

ATP: Adenosin triphosphat

Cit: Ion citrat

EEC: Kh i th nh v ng châu Âu

EPA: C c B o v môi tr ng M

DNA: Desoxyribonucleic axit

HAADF: Kính hi n vi đi n t tr ng t i (high angle angular dark field microscope) HIV: Virut gi m kh nĕng mi n d ch c a ng i

MIC: N ng đ c ch t i thi u (minimum inhibition concentration)

MBC: N ng đ di t khu n t i thi u (minimum bactericidal concentration)

PHMG: Polyhexamethyl guanide

PP: Nh a polypropylen

PVP: Polyvinyl pirrolidon

RFD: Li u chi u chu n (reference dose)

RNA: Ribonucleic axit

SCMPD: y ban khoa h c v thu c và thi t b y t c a M (Sci Committee on Med

Products and Devices)

SDC: Sodium dihydrogen citrate

SDDS: Dodecyl sunfonat natrri

SDOSS: Dioctylsunfosuccinat natri

SEM: Kính hi n vi đi n t quét

SERS: Hi u ng tĕng c ng tán x Raman b m t

TEM: Kính hi n vi đi n t truy n qua

TLCT: Tr ng l ng c th

WHO: T ch c Y t th gi i

3 1.4.3 Ch s kinh t c a bĕng g c nano b c trong đi u tr b ng

so v i bĕng sulfadiazin b c, tính cho 1 tu n đi u tr 48

10 3.2.3 Tác d ng c a dung d ch nano b c lên vi khu n t c u

vàng Staphylococcus aureus ATCC ph thu c th i gian

ti p xúc

102

11 3.2.4 Hi u qu di t khu n c a dung d ch nano b c v i các

n ng đ khác nhau đ i v i vi sinh v t trong dung d ch 102

12 3.2.5 Hi u qu di t khu n c a dung d ch nano b c v i các

13 3.2.6 Hi u qu di t khu n c a dung d ch nano b c v i các

n ng đ khác nhau đ i v i vi sinh v t trên 3 b m t 105

14 3.2.7 Kh nĕng di t khu n c a dung d ch nano b c do Vi n

Công ngh môi tr ng ch t o đ i v i 3 ch ng vi khu n

Vibrio cholerae đ c phân l p t i Vi n các b nh truy n nhi m và nhi t đ i Qu c gia

sau dùng bĕng- dung d ch Nano b c 122

30 3.6.8 K t qu xét nghi m men gan ( SGPT, SGOT) c a b nh

nhân tr c và sau dùng bĕng - dung d ch Nano b c 122

36 3.6.14 Ngày đi u tr kh i trung bình cho t ng lo i v t th ng

khi s d ng bĕng và dung d ch nano b c 124

41 3.7.5 Di n bi n t i ch v t th ng b ng các vùng nghiên

c u

130

42 3.7.6 Th i gian đi u tr và ch t l ng n n v t b ng khi kh i 131

43 3.7.7 Bi n đ i mô h c trên tiêu b n áp c a các vùng nghiên

3 1.2.3 Ph h p th ghi nh n t c th i sau b c x xung c a dung

d ch 1mM AgClO4 đ c bão hòa nit : (a) 100 ns; (b) 1µs; (c) 100µs; (d) 1ms Tert-butyl alcohol (~2%) đ c thêm vào nh m lo i các g c t do

11 1.3.6 S ph thu c c a v trí đ nh h p th exiton c a nano

tinh th AgI vào kích th c c a chúng

38

12 1.3.7 S ph thu c c a v trí đ nh h p th exiton AgI vào th i

gian sau khi ch t o

38

13 1.3.8 S t ng tác c a thiolglyxerin (TGC) v i nano tinh th

AgI trong các h t mixen n c

39

14 1.3.9 V trí đ nh h p th exiton c a các h t tinh th AgI trong

vi nhǜ t ng thay đ i theo th i gian

22 2.2.3 Th tr c gây b ng (bên trái) và sau gây b ng (bên

28 3.1.1 C ch hình thành nano b c trong pha n c có s tham

gia c a các mixen thu n

86

29 3.1.2 C ch hình thành nano b c trong pha h u c có s

30 3.1.3 Quá trình hình thành nano b c trong pha h u c khi có

m t tác nhân ch ng t p h p decanthiol

87

31 3.1.4 Nano b c ch t o b ng ph ng pháp mixen đ o trong h

AgNO3/CTAB/ /Iso-octan/NaBH43.

88

32 3.1.5 nh SEM c a nano b c đi u ch b ng ph ng pháp

mixen đ o trong h : “AgNO3/CTAB/Iso-0ctan/NaBH4”

s d ng decanthiol làm ch t ch ng t p h p và ch t kh

d i d ng tinh th

89

33 3.1.6 3.1.6 nh TEM c a nano b c đi u ch b ng ph ng

pháp mixen đ o trong h : AgNO3/CTAB/

/NaBH4/Clorofooc

89

34 3.1.7 Nano b c thu đ c b ng ph ng pháp mixen đ o trong

h : AgNO3/CTAB/CHCl3/NaBH4/Chitozan

90

AgNO3/CTAB/CHCl3/NaBH4/Chitozan

90

36 3.1.9 Nano b c thu đ c b ng ph ng pháp mixen đ o trong

h : AgNO3/CTAB/NaBH4/CHCl3/ [Ag]bđ = 930ppm

41 3.1.14 S ph thu c kích th c h t c a nano b c vào n ng đ

chitozan trong dung d ch ph n ng

48 3.1.21 Nano b c đi u ch b ng ph ng pháp dung d ch n c

trong môi tr ng amôni hydroxit s d ng PVP làm ch t

50 3.2.1 Kh nĕng c ch E coli và Coliforms c a dung d ch

nano b c do Vi n Công ngh môi tr ng ch t o

59 3.3.5 Dung d ch nano b c (50ppm) đ c đi u ch b ng cách

siêu âm dung d ch n c ion b c v i s có m t c a ethylen glycol làm ch t kh

112

62 3.3.8 V i khụng d t đ c c y nano b c b ng cỏch siờu õm

dung d ch n c mu i b c (100ppm) và s d ng ethylen glycol làm ch t kh

65 3.4.1 Vũng khỏng khu n c a nano b c đ i v i vi khu n P

73 3.7.1 Vùng lấy da được đắp gạc nano bạc và gạc Anson 129

74 3.7.2 Tổn thương vùng lấy da sau 3 ngày điều trị và lúc khỏi 129

75 3.7.3 Bệnh nhân Nguyễn Huy N, ngày N1 và N3 sau bỏng 132

76 3.7.4 Bệnh nhân Nguyễn Huy N, ngày N12 và N14 sau bỏng 132

77 3.7.5 Tiờu b n ỏp: cỏc t bào viờm N1 và N3 sau b ng 133

Ě T V N Ě

B c là nguyên t có ho t tính kháng khu n t nhiên m nh nh t đ c tìm th y trên trái đ t D i d ng nano ho t tính này còn đ c tĕng lên g p b i, vì v y cùng v i s phát tri n vǜ bão c a công ngh nano các nhà khoa h c đã s m tìm đ n h ng nghiên

c u ch t o nano b c ph c v cho m c đích kh trùng So v i các h kh trùng ch a

b c thông th ng các h t nano b c v i nĕng l ng b m t r t l n có kh nĕng gi i phóng t t các ion b c vào đ i t ng kh o sát nên nano b c có tính nĕng kháng khu n

m nh h n nhi u l n và có tác d ng kéo dài h n so v i b c d ng keo, d ng ion hay

d ng r n Nh v y ngày nay nano b c đang tr thành v t li u đ c ng d ng r ng rãi trong nhi u lƿnh v c khoa h c, s n xu t và đ i s ng nh y h c, nông nghi p, công nghi p v.v B c đ c nh ng nhà khoa h c và c quan y t quan tâm Vào đ u nh ng

nĕm 1970, nhóm các nhà khoa h c Tr ng ĚH Syracus, New York nghiên c u v i ph

ho c s a ch ng h n, tác nhân có hi u qu là nh ng nguyên t b c hoà tan, n ng đ

th ng ch là vài ph n t ho c ph n tri u c a 1g (ppm) S hoà tan t nhiên c a b c

ph thu c vào di n tích ti p xúc Khoa h c đã gi i quy t vi c tĕng di n tích ti p xúc c a

b c b ng cách t o ra b c keo (t kho ng 1 th k tr c) và là b c nano (g n đây nh t)[1]

T khi con ng i phát minh ra thu c kháng sinh (kho ng gi a th k 20) v i hi u

l c m nh h n, keo b c đã b thay th d n Nh ng ch 30 nĕm sau đó ng i ta đã nh n ra

r ng có r t nhi u loài vi khu n có kh nĕng ch ng l i tác d ng c a thu c kháng sinh và

hi n t ng đó ngày càng tr thành v n đ đáng lo ng i

Nghiên c u ch t o và phát tri n ng d ng nano b c đ kh trùng trong y t , đ i

s ng và s n xu t là m t h ng nghiên c u m i Vì v y, Vi n Công ngh môi tr ng đã

đ xu t Nhi m v h p tác Qu c t theo Ngh đ nh th Khoa h c-Công ngh v i LB

Nga: “Nghiên c u ch t o và phát tri n ng d ng m t s v t li u nano b c đ kh

1 Nghiên c u ch t o dung d ch nano b c

- Nghiên c u ch t o nano b c b ng ph ng pháp mixen đ o

- Nghiên c u ch t o nano b c b ng ph ng pháp dung d ch n c

2 Nghiên c u kh n ĕng kh trùng c a dung d ch nano b c và ch t o bình x t nano b c

- Ěánh giá tính kháng khu n c a dung d ch nano b c đ i v i m t s ch ng vi khu n gây b nh th ng xu t hi n trong môi tr ng b nh vi n

- Nghiên c u tác d ng kh trùng c a dung d ch nano b c đ i v i m t s ch ng vi khu n th ng g p trong môi tr ng sinh ho t

dung d ch nano b c, nghiên c u invitro ho t l c c a bĕng nano b c trên m t s ch ng vi khu n th ng g p trong b ng

5 Nghiên c u lâm sàng kh nĕng đi u tr v t th ng, v t loét c a bĕng nano

b ng nông các b nh nhân b ng

Trong quá trình tri n khai th c hi n các n i dung nghiên c u đ ra trong Nhi m v

h p tác KH-CN theo Ngh đ nh th này, các nhà khoa h c c a các đ i tác Nga đã t o

đi u ki n thu n l i cho chúng tôi ti p c n nhanh chóng v n đ nghiên c u b ng các

cu c trao đ i và th o lu n thông tin khoa h c m i nh t, gi i thi u các tài li u tham kh o liên quan, đ ng th i cung c p cho chúng tôi m t s m u dung d ch nano b c đ c đi u

ch b ng cách ph ng pháp hóa h c khác nhau đ dùng làm m u so sánh

hi u qu vào th i kǶ đó các nhà y h c đã xem huy t thanh ng i là m t d ch keo, do

đó keo b c đã đ c s d ng làm ch t kháng khu n trong c th con ng i, và k t đó keo b c đ c xem là m t trong nh ng ch t sát khu n t t nh t K t cu i th k 19 dung d ch keo b c b t đ u đ c s d ng h t s c r ng rãi trong y h c và các ch ph m keo b c kim lo i d i tên g i Collargol và keo b c ôxit d i tên g i Protargol đã đ c các bác s s d ng cho đ n t n ngày nay D i d ng thu c tiêm ven keo b c đã đ c s

d ng đ đi u tr các b nh viêm kh p, viêm ph qu n, các b nh đ ng hô h p, cúm, viêm ph i, các v t th ng có m ; d i d ng u ng - các b nh đ ng tiêu hóa, loét d dày ; d i d ng ngoài da - các v t th ng có m - ho i t , da li u, b ng, m n nh t;

m t s b nh khác nh mastitis (viêm tuy n vú), giang mai, h i, đau m t h t, viêm màng não, ti n đình [59,103]

Tuy nhiên, sau khi con ng i phát minh ra thu c kháng sinh (kho ng gi a th k 20) v i hi u l c m nh h n, keo b c đã b thay th d n Nh ng ch 30 nĕm sau đó ng i

ta đã nh n ra r ng có r t nhi u loài vi khu n có kh nĕng ch ng l i tác d ng c a thu c kháng sinh và hi n t ng đó ngày càng tr thành v n đ đáng lo ng i Vì v y b ng l ch

s phòng b nh lâu đ i c a mình nguyên t b c đã gây l i đ c s chú ý n i các nhà y

h c b i chính kh nĕng không gây hi u ng kháng thu c [34,80]

Tr c khi các bác s có trong tay penicilin, b c d i d ng dung d ch keo đ c s

d ng h t s c r ng rãi đ ch ng l i các viêm nhi m cho các v t th ng, v t b ng, v t c t,

ch a các b nh đau rĕng, các v t loét vùng mi ng, đau m t v.v Ě i v i các b nh viêm

ph i do nhi m staphylococcus, streptococcus, klebiella và n m ng i ta cǜng đã t ng cho b nh nhân u ng dung d ch keo b c, b i vì lo i viêm ph i này khi đó th c t không

đi u tr đ c b ng các lo i thu c kháng sinh quen thu c Tuy nhiên, vào th i kǶ này

cǜng đã xu t hi n nh ng k t qu ng d ng ion b c vô cùng n t ng làm ng c nhiên

các nhà y h c Ch ng h n, trong đ i chi n th gi i II (nĕm 1942) bác s ng i Anh R Benton đã thành công trong vi c ngĕn chĕn hoàn toàn b nh d ch t và th ng hàn hoành hành trong m t đ n v lính đang xây đ ng Mi n Ěi n – Assam b ng cách cho

h u ng n c ch a keo b c (10µg/lít) thu đ c b ng ph ng pháp đi n phân n c

u ng s d ng đi n c c t b c kim lo i

Không ch ion b c, mà các ion kim lo i qúy khác nh Au, Pt, Pd, Ir và m t s kim

lo i chuy n ti p khác nh Cu, Zn, Fe, Co, Ni cǜng đ u có kh nĕng di t khu n, nh ng

ch có ion b c th hi n tính nĕng đó m nh nh t Ngày nay các nhà y h c có ý ki n th ng

nh t r ng b c là m t ch t kháng vi khu n t nhiên có đ c tính cao đ i v i h u h t các loài vi sinh v t, có ph di t vi khu n, n m và virut r t r ng (trên d i 650 loài [8,20,87]

mà chúng không có kh nĕng t o đ kháng ch ng l i tác đ ng c a b c do b c c ch quá trình chuy n hóa hô h p và v n chuy n ch t qua màng t bào vi sinh v t

Nh vào nh ng thành t u l n lao c a công ngh nano mà ngày nay nguyên t b c

d i d ng các h t nano đã tr thành v t li u đ c ng d ng r ng rãi trong nhi u lƿnh

v c khoa h c - s n xu t nh y h c, nông nghi p, công nghi p v.v [8,80,87]

Nano b c đ c các đ c bi t quan tâm áp d ng trong y h c ch y u là do các h t nano b c có nĕng l ng b m t r t l n nên khi ti p xúc v i môi tr ng n c chúng tr thành nh m t “kho ch a” đ gi i phóng t t các ion b c vào dung d ch, nh v y

l ng b c “trong kho” không b các thành ph n trong dung d ch vô hi u hóa nhanh nh

v y, có th nói các h t nano b c làm duy trì đ c tính di t vi sinh v t c a ion b c Kh

nĕng ng d ng nano b c trong vi c kh trùng đã d n đ n vi c xu t hi n nhi u công trình nghiên c u v c ch di t vi sinh v t c a ion b c trong nh ng nĕm g n đây nh

tr ng h p đ i v i mu i b c Khi đ c thêm vào bĕng g c, kem bôi, bình x t, v i v.v nano b c th hi n ch c nĕng c a tác nhân ch ng viêm nhi m và có tác d ng di t khu n

ph r ng b ng cách phá h y ch c nĕng c a màng t bào vi sinh v t và ho t tính c a các men [8,20]

Theo tác gi Lansdown, m c dù ch c ch n nano b c có th t o ph c v i m t s axit amin do đó có th c ch các ch c nĕng c a protein, nh ng nó th hi n r t h n ch

đ c tính đ i v i các t bào đ ng v t máu nóng [8]

C ch di t khu n c a ion b c

B c là m t nguyên t có tính kháng khu n t nhiên, có ph r ng tiêu di t các loài

vi sinh v t g y b nh, đ ng th i là m t ch t thân môi tr ng, b i vì không gây hi u ng

đ c h i đ i v i c th con ng i và đ ng v t n u đ c s d ng v i li u l ng v a đ cho vi c kh trùng Hi n nay t n t i m t s quan đi m gi i thích c ch di t khu n c a

b c đ c nhi u ng i ng h , ch y u d a trên s t ng tác tƿnh đi n gi a ion b c mang đi n tích d ng và b m t t bào vi khu n mang đi n tích âm và trên s vô hi u hóa nhóm thiol trong men v n chuy n ôxy, ho c trên s t ng tác c a ion b c v i DNA

d n đ n s đime hóa pyridin và c n tr quá trình sao chép DNA c a t bào vi khu n

[31,47,50,101] Các nhà khoa h c thu c hãng Inovation Hàn Qu c [11] cho r ng b c tác d ng lên màng b o v c a t bào vi khu n Màng này là m t c u trúc g m các glycoprotein đ c liên k t v i nhau b ng c u n i axit amin đ t o đ c ng cho màng Các ion b c t ng tác v i các nhóm peptidoglican và c ch kh nĕng v n chuy n oxy

c a chúng vào bên trong t bào, d n đ n vi khu n b tê li t N u các ion b c đ c l y

ra kh i t bào ngay sau đó, kh nĕng ho t đ ng c a vi khu n có th l i đ c ph c h i Các t bào đ ng v t c p cao có l p màng b o v hoàn toàn khác so v i t bào vi sinh

v t Chúng có hai l p lipoprotein giàu liên k t đôi có kh nĕng cho đi n t do đó không cho phép các ion b c xâm nh p, vì v y chúng không b t n th ng khi ti p xúc v i các ion này

C ch tác đ ng c a các ion b c lên vi khu n đ c các nhà khoa h c Trung Qu c làm vi c trong hãng ANSON [50] mô t nh sau: khi ion Ag+ tác d ng v i l p màng

c a t bào vi khu n gây b nh nó s ph n ng v i nhóm sunphohydril –SH c a phân t men chuy n hóa oxy và vô hi u hóa men này d n đ n c ch quá trình hô h p c a t bào vi khu n:

Ngoài ra, các ion b c còn có kh nĕng c ch quá trình phát tri n c a vi khu n

b ng cách s n sinh ra ôxy nguyên t siêu ho t tính trên b m t c a h t b c:

2Ag+ + O-2 → 2Ag0

+ O0Theo m t s nhà khoa h c Nga [46,78], hi n nay có nhi u lý thuy t v c ch tác

d ng di t vi khu n c a ion b c đã đ c đ xu t, trong đó lý thuy t h p ph đ c nhi u

ng i ch p nh n h n c B n ch t c a thuy t này là ch t bào vi khu n b vô hi u hóa là do k t qu c a quá trình t ng tác tƿnh đi n gi a b m t mang đi n tích âm c a

t bào và ion Ag+ đ c h p ph lên đó, các ion này sau đó xâm nh p vào bên trong t bào vi khu n và vô hi u hóa chúng Cho đ n nay m i ch có m t quan đi m liên quan

đ n c ch tác đ ng c a ion b c lên t bào vi sinh v t đ c đa s các nhà khoa h c th a

Men ho t đ ng + 2Ag+

Men th đ ng + 2H+

-SH

-SH

-SAg+

-SAg+

nh n Ěó là kh nĕng di t khu n c a h t nano b c là k t qu c a quá trình chuy n đ i các nguyên t b c kim lo i thành d ng ion Ag+ t do và các ion t do này sau đó tác

d ng lên các v trí mang đi n tích âm trên vi khu n [11]

Kh nĕng di t khu n c a ion b c không d a trên đ c tính gây nhi m c a vi khu n

nh là đ i v i các ch t kháng sinh, mà d a trên c ch tác d ng lên c u trúc t bào B t

c t bào nào không có màng b n hóa h c b o v ( vi khu n và virut thu c c u trúc lo i này) đ u ch u tác đ ng c a b c Các t bào đ ng v t máu nóng có c u trúc màng hoàn toàn khác, không ch a các l p peptidoglycan, nên b c không tác đ ng đ c Nh s khác bi t đó nano b c có th tác đ ng lên 650 loài vi khu n, trong khi ph tác đ ng c a

b t kǶ ch t kháng sinh nào cǜng ch t 5 - 10loài

Liên quan đ n c ch kh trùng c a ion b c, m t s nhà nghiên c u [8,31,50,101]

nghiêng v các quá trình hóa-lý, ch ng h n:

- Quá trình ôxy hóa nguyên sinh ch t c a t bào vi khu n ho c quá trình phá h y nguyên sinh ch t b i ôxy hòa tan trong n c v i vai trò xúc tác c a b c

- Quá trình vô hi u hóa men có ch a các nhóm –SH và –COOH; b ng phá v cân

b ng áp su t th m th u; b ng quá trình t o ph c v i axit nucleic d n đ n thây đ i c u trúc DNA c a vsv

- Tác đ ng gián ti p lên phân t DNA b ng cách tĕng s l ng các g c t do d n

đ n làm gi m ho t tính c a các h p ch t ch a ôxy ho t đ ng

- c ch quá trình v n chuy n các ion Na+ và a2+ qua màng t bào

Ngoài ra, còn có ý ki n cho r ng b c không tác đ ng tr c ti p lên DNA c a t bào,

mà gián ti p làm tĕng s l ng các g c t do d n đ n làm gi m n ng đ các h p ch t ôxy ho t tính trong t bào, làm r i lo n các quá trình ôxy hóa cǜng nh phosphoryl hóa trong t bào vi khu n Cǜng có quan ni m r ng m t trong nh ng nguyên nhân c a tác

d ng kháng khu n ph r ng là s c ch quá trình v n chuy n qua màng c a các ion

Na+ và Ca2+ b i ion b c [112] Ion b c còn th hi n rõ kh nĕng di t nhi u ch ng vi rut

và n m

M t s nhà khoa h c [100] nh n đ nh r ng ion b c có kh nĕng vô hi u hóa các loài virut gây b nh đ u mùa, b nh cúm A-1, B, adenovirus và HIV, cho hi u qu đi u

tr t t đ i v i các b nh virut Marburg, virut b nh đ ng ru t (enterit) và virut b nh chó

d i Tuy nhiên, đ có th vô hi u hóa hoàn toàn virut bacteriophag đ ng ru t N163, virut Koksaki serotyp A-5, A-7, A-14 c n đ n n ng đ b c cao h n (0.5 – 5.0mg/lít) so

v i tr ng h p x lý Escherichia, Salmonella, Shigellia và các loài virut đ ng ru t khác (0.1 – 0.2 mg/lít)

S li u công b c a Kulskii A L [46] cho th y kh nĕng di t n m c a ion b c

T i n ng đ 0.1mg/lít b c th hi n rõ kh nĕng di t n m V i m t đ 105

tb/lít n m

Candida albicans b vô hi u hóa hoàn toàn sau 30 phút ti p xúc

Hi n nay trong khi c ch tác d ng c a các ion b c lên vi sinh v t v n ch a hoàn toàn sáng t và đang ti p t c đ c nghiên c u nh ng h u h t các nhà nghiên c u có quan đi m th ng nh t r ng (1) chúng phá h y ch c nĕng hô h p, ho c (2) phá h y ch c nĕng c a thành t bào, ho c (3) liên k t v i DNA c a t bào vi sinh v t và phá h y ch c nĕng c a chúng

Tác d ng c a ion b c lên c th con ng i

Tác d ng c a ion b c lên t bào đ ng v t c p cao luôn đ c quan tâm đ c bi t

Ng i ta phát hi n ra r ng khi các t bào não c a chu t và c a vi sinh v t vào dung

d ch có ion b c hình thái c a h ng c u và b ch c u hoàn toàn không thay đ i, trong khi các t bào vi khu n b tiêu di t hoàn toàn [8] Các t bào chu t d i tác đ ng c a ion

b c chuy n thành d ng hình c u nh ng không b phá h y và thành t bào gi nguyên

d ng Các t bào não chu t này sau đó sinh s n bình th ng và c u trúc t bào cǜng nh

đ ng châu Âu áp d ng tiêu chu n t i đa cho phép là 0.01mg/lít và t i LB Nga là 0.05mg/lít

Nh m đánh giá đ c tính c a b c nĕm 1991 C c B o v Môi tr ng c a M EPA

đ a ra khái ni m li u chu n RFD (reference dose) là l ng b c đ c phép h p th m i ngày mà không tác đ ng x u cho s c kh e trong su t cu c đ i Li u chu n đ c EPA

ch p nh n là 5µg/kg/ngày Nh v y, m t ng i có tr ng l ng 70kg đ c phép ti p

nh n vào ng i t i đa 350µg b c m i ngày N ng đ b c t i đa cho phép trong n c

u ng c a M là 100µg/lít (EPA 1991) N u m i ngày u ng 2lít n c thì con ng i nh n vào 200µg b c, các lo i th c ph m ĕn vào m i ngày chi m trung bình 90µg và ph n còn l i dành cho vi c khác không quá 60µg Vì v y ngày nay nhi u ph ng pháp đi u

tr có s d ng b c tr c đây đã đ c h y b : b nh đ ng kinh – cho u ng dung d ch nitrat b c, b nh giang mai – tiêm ven dung d ch arsphenamin b c; nhi u b nh nhi m trùng – cho u ng keo b c Và g n đây M đã c m bán không kê đ n t t c các lo i

Theo Vainar A I [99] b c là m t nguyên t vi l ng c n thi t cho s ho t đ ng

c a các tuy n n i ti t, não và gan, tuy nhiên v i n ng đ cho phép không đ c v t quá 0.05mg/lít d ch c th Theo s li u c a tác gi này, kh u ph n cho ng i m i ngày trung bình 80µg ion b c T ng hàm l ng b c trong c th ng i và đ ng v t đ c xác

đ nh là 0.2mg/kg tr ng l ng khô, trong đó não, các tuy n n i ti t, gan, th n và x ng

ch a hàm l ng cao nh t Khi có m t ion b c c ng đ phosphoryl hóa ôxy hóa trong các ty th não cǜng nh hàm l ng axit nucleic tĕng lên đáng k giúp c i thi n ch c

nĕng não Khi ngâm các mô khác nhau vào dung d ch sinh lý có n ng đ ion b c 0.001mg/lít m c đ h p th oxy c a mô não tĕng 24%, c tim – 20%, gan – 36%, th n – 25% Nh ng n u tĕng n ng đ Ag+ lên 0.01mg/lít thì m c đ h p th ôxy c a các mô

đó gi m xu ng rõ ràng Ěi u đó ch ng t các ion b c đã tham gia vào vi c đi u ch nh quá trình trao đ i nĕng l ng [18,94]

Brugdunov và cs [94] công b k t qu nghiên c u lâm sàng khi cho b nh nhân u ng n c ion b c thay n c u ng v i n ng đ 30 – 50 mg/lít trong th i gian 7 - 8 nĕm cho th y hi n t ng tích t b c d i da làm cho da b nh nhân có màu xám (b nh argiria), h u qu c a quá trình kh quang hóa c a các ion b c Tuy nhiên đã không phát hi n đ c các b nh nhân này b t kǶ thay đ i nào v ch c nĕng c a các

c quan n i t ng, không nh ng th các b nh nhân còn th hi n tính đ kháng đ i v i nhi u lo i vi khu n và virut

Vai trò sinh lý c a b c trong c th con ng i hi n t i v n ch a đ c làm rõ Nhi u ý ki n cho r ng b c gi vai trò nh m t ch t c ch men [7,95] Các k t qu th c nghi m ch ra r ng các ion b c có th t ng tác v i các baz nit timin và guanin c a phân t DNA làm r i lo n các ch c nĕng c a DNA, d n đ n c ch quá trình phát tri n

và sinh s n c a vi sinh v t Ng i ta cǜng đã xác đ nh đ c r ng ion b c có kh nĕng bao vây các nhóm –SH có m t trong tâm ho t đ ng c a r t nhi u lo i men và c ch

ho t tính c a chúng Thí d , b c bao vây ho t tính ATP c a men miozin (protein c b n

c a mô c ng i) có kh nĕng phân gi i ATP gi i phóng ra nĕng l ng Quá trình di t khu n c a ion b c cǜng di n ra theo c ch này

M t s ý ki n không đ ng quan đi m v đ c tính c a nano b c

M c dù tính an toàn y h c c a nano b c đã đ c nhi u công trình nghiên c u xác

nh n, ng i ta v n có th tìm th y trong các tài li u công b m t s ý ki n không đ ng quan đi m v tính nĕng sát khu n và đ c tính c a nano b c M t s ý ki n đi n hình

đ c d n ra d i đây

Theo Ě i bách khoa toàn th y h c Liên Xô (T.23, 190-192,XB l n III), b c là

ch t đ c t bào, là ch t sinh h c ngo i lai (xenobiotic), và theo quy đ nh c a B Y t

Nga có đ c tính b c II, t ng đ ng Pb Cǜng theo s li u công b này, gan là c quan

ch u trách nhi m bài ti t l ng b c h p th ra kh i c th v i th i gian bán bài ti t 50 ngày, và d i tác d ng lâu dài c a b c có th xu t hi n b nh đ ng tiêu hóa, gan to và đau

Các nhà khoa h c Singapo đã kh o sát đ c tính c a nano b c trên u trùng c a loài

cá c nh (stripped danio) và đi đ n k t lu n r ng, ph thu c vào n ng đ đ a vào, nano

b c là m t ch t đ c ti m tàng đ i v i c th Sau khi đ a nano b c vào não c a u trùng các nhà khoa h c này đã phát hi n th y nh ng khuy t t t tr m tr ng trong quá trình phát tri n c a u trùng gây nh h ng x u đ n h th n kinh trung ng, làm r i

lo n nh p tim và quá trình hô h p [60] Tuy nhiên các tác gi không d n ra n ng đ nano b c c th

y ban khoa h c v thu c và thi t b y t c a M SCMPD (Sci Committee on Med Products and Devices) ngày 27-6-2000 đã công b vĕn b n chính th c c m s

d ng b c làm thu c u ng cho ng i, ch đ c áp d ng t i ch trên da ho c trên niêm

m c Tuy nhiên trong khi đó Kh i EEC l i ra vĕn b n Annex IV 94/36 E 174 cho phép

s d ng kim lo i này làm ch t t o màu cho th c ph m, đ ng th i m t s s n ph m th c

ph m ch c nĕng hi n đang đ c l u hành M cho phép ng i s d ng u ng vào

ng i m i ngày ≤ 0.03mg b c

Tác gi Fiona Gray trong bài [57] cho r ngnh ng thông tin qu ng cáo r m r trên

m ng v nano b c hi n nay có th làm cho hàng nghìn ng i có nguy c m c các b nh

tr m kha kéo dài Các lo i thu c u ng, n c u ng và viên u ng ch a nano b c th ng

đ c các nhà s n xu t qu ng cáo là s n ph m tĕng c ng s c kh e b ng cách di t các loài vi khu n đ c h i Theo tác gi , các h t nano b c ch có th s d ng an toàn và hi u

qu d i d ng bĕng g c và đi u tr bên ngoài, trong khi đó các chuyên gia lo ng i r ng

vi c s d ng bên trong có th d n đ n s tích t nano b c bên trong c th , làm phá h y các t bào não, ch c nĕng gan, làm xu t hi n các b nh v máu v.v

Các nhà khoa h c thu c phái không ng h nano b c cho r ng ngày nay dung d ch nano b c d i d ng n c u ng, m c dù c ch tác d ng c a nó ch a đ c làm sáng t hoàn toàn, v n đang đ c s d ng r ng rãi đ n m c đáng ng c nhiên Ch ng h n, chính

n GS Vicki Stone thu c tr ng Ě i h c Napier c a M , là ng i chuyên nghiên c u

v hi u ng nano b c đ i v i c th ng i, đã đ c ng i làm đ u cho mình khuyên

nh nên s d ng nano b c V Giáo s này đã t ra h t s c ng c nhiên khi đ c bi t

ng i làm đ u cùng v i m mình th ng xuyên u ng n c nano b c hàng ngày

GS Ken Donalson, ch t ch H i đ c t h c đ ng hô h p thu c tr ng đ i h c Edinburg, cho r ng không nên phá v cân b ng nguyên t vi l ng trong c th , b i vì

đã có nhi u k t qu thí nghi m trên đ ng v t đ c cho ĕn nano b c đã cho th y tác

d ng x u c a nó lên tr ng l ng c th và s c kh e nói chung c a v t thí nghi m

M t công b nĕm 2005 c a TS Max Fung thu c tr ng Ě i h c California cho

th y vi c ti p nh n nano b c vào ng i có th gây ra b nh argiria và v i li u l ng cao

có th d n đ n hi n t ng thi u máu, nh ng không cho bi t li u l ng cao là bao nhiêu

TS Ken Lawton thu c tr ng cao đ ng Hoàng gia Anh bĕn khoĕn trĕn tr m t

đi u là các b nh nhân đã u ng vào ng i m t s n ph m ch a đ c ki m nghi m, trong khi rõ ràng nó có kh nĕng tích t trong c th và t n công vào gan, não và t ch c t y

x ng Tuy nhiên s n ph m này v n đang đ c bán t do t i M và EPA không tìm cách c n tr vi c bán chúng m c dù t ch c này có nh ng quan ng i v nano b c liên quan đ n s c kh e c ng đ ng

1.2 M t s ph ng pháp hóa h c đi u ch nano b c dùng cho vi c ch t o các v t

li u ch a nano b c kháng khu n

Có nhi u ph ng pháp có th đ c s d ng đ đi u ch nano b c nh m ch t o v t

li u ch a nano b c kháng khu n nh ph ng pháp phun ph v t lý (b c h i chân không, ph plasma h quang, plasma ion (ion plasma deposition), phún x ), ph ng pháp hóa h c dung d ch n c, ph ng pháp mixen đ o trong dung môi h u c , ph ng pháp đi n hóa Do khuôn kh ph n t ng quan có h n đây chúng tôi ch y u xem xét các ph ng pháp hóa h c

Ph ng pháp mixen đ o đ c các nhà khoa h c Nga áp d ng đ đi u ch nano b c

v i kích th c h t nh và ph phân b ch m , trong đó tác nhân kh là các đi n t hydrat hóa đ c t o ra b ng ph ng pháp hóa phóng x ho c là b ng ph ng pháp sinh hóa (flavonoid quercetin chi t t th c v t) [28,71,72] S n ph m nano b c thu đ c có

ph phân b ch m theo kích th c v i đ ng kính h t trung bình 4-7nm và th i gian

s ng c a dung d ch keo n ng đ 5mmol/lít nh t 6tháng mà ít có ph ng pháp nào đ t

t i

Ph ng pháp dung d ch n c đ c s d ng r ng rãi h n so v i ph ng pháp mixen đ o nh ph ng pháp và thi t b đ n gi n, trong đó ph n ng hình thành nano

b c đ c di n ra trong m t dung d ch đ ng nh t ch a các thành ph n tham gia ban đ u

là các ion Ag+ hòa tan cùng v i ch t ch ng t p h p và tác nhân kh đ c thêm vào sau

b ng cách nh gi t [44,51,72,89]

Singh [67] đã đi u ch b t nano b c b ng cách khu y tr n mu i nitrat b c v i m t dung d ch kh trong m t máy nghi n n i tr , k t h p chi u tia laser vào h n h p trong

khi h n h p đ c quay v i m t t c đ xác đ nh B ng cách đó tác gi đã t o ra các

“đi m nóng” vi kích th c mà đó các ion b c t ng tác v i ch t kh đ t o ra các h t

nano b c v i kích th c t 1 - 100nm v i t c đ hình thành h t nano r t cao, t 0,5 - 3

g/phút

Peters và cs [68] đã t o đ c các tinh th nano b c đ ng kính 10 -15nm trên b

m t h t th y tinh silicat b ng cách c y lên đó các ion Ag+

đòi h i ph i s d ng nano b c ch t l ng cao, các nhà khoa h c Trung Qu c [88] đã đ

xu t m t ph ng pháp dung d ch n c đ n gi n g m 2 công đo n nh sau:

+ Ěi u ch dung d ch nano b c b ng cách cho mu i ph c [Ag(NH3)4]+ tác d ng

v i ch t kh là đ ng glucoza, r i ngay sau đó cho thêm tác nhân ôxy hóa (H2O2) nh m

t o l p ôxit b c bao ph xung quanh h t nano b c, nghƿa là có vai trò nh m t ch t n

đ nh

+ Dung d ch nano b c thu đ c sau đó đ c dùng đ ngâm nhúng ch t mang đ c

ch t o t lõi cây b c (Juncus effusis L.) đã đ c c t nh và s y khô tr c đó Các h t

nano b c v i đ ng kính nh h n 100nm s đ c h p ph đ u lên b m t x p c a ch t

b c S n ph m cu i cùng đ c s y khô và nghi n m n (qua rây N0

200) Các tác gi cho

bi t hàm l ng nano b c trong s n ph m đ t t 2 - 8% tr ng l ng b t b c

B ng cách đó các tác gi đã thu đ c nano b c đ t các ch tiêu ch t l ng c n thi t

đ có th làm thu c đi u tr b ng, các b nh ngoài da và các b nh đ ng ru t do vi

khu n ho c làm ch t kh trùng n c u ng, làm m ph m và n c súc mi ng ch ng

sâu rĕng v.v

Tr ng Ě i h c T ng h p Hanyang Hàn Qu c đã ch t o s i nanocomposite

PP/Ag b ng hai ph ng pháp: ph ng pháp th nh t là kéo s i composite t h n h p

dung d ch nóng ch y c a polypropylene v i các h t nano b c; Ph ng pháp th hai:

kéo s i t h t nh a PP tinh khi t nóng ch y r i sau đó cho đi qua dung d ch ch a nano

b c [37, 75] Tuy nhiên k t qu cho th y s i composite có các h t nano b c trong lõi

(ph ng pháp th nh t) không th hi n tính nĕng kháng khu n, trong khi s i có nano

b c trên b m t l p ph th hi n hi u ng kh trùng cao Ng i ta cǜng có th t o các

l p ph (ph ng pháp th hai) nano b c b n ch c lên b m t các v t li u nh cao su

silicôn, thép không g , gi y, v.v…b ng cách ph tr c lên m t l p cao phân t ch a các

phân t aldehyde đ c ch c hóa b ng k thu t RF-plasma (aldehyde-radio frequency plasma funtionalized coating) [27]

Các nhà khoa h c Israel Efrima và Bronk [33] đã thành công trong vi c t o l p

ph keo nano b c lên b m t vi khu n (E coli) b ng cách ngâm chúng vào dung d ch

loãng NaBH4, ly tâm tách s ch kh i l ng d ch t kh r i sau đó t o huy n phù l i trong dung d ch 10-4 M AgNO3; khi đó các phân t borohydrid t bên trong con vi khu n s t ng tác v i phân t nitrat b c đi t i đ t o ra l p keo nano b c trên thành t bào vi khu n n i hai ti n tuy n khu ch tán g p nhau Các h t nano b c trong l p keo này có kh nĕng làm tĕng c ng đ ph Raman c a các phân t h p ph lên nhi u l n, cho phép thu nh n nhi u thông tin chi ti t h n v các phân t h p ph trên b m t đ i

t ng kh o sát, góp ph n nh n d ng và phân lo i vi khu n Ě ng th i cǜng b ng cách

đó các tác gi có th t o đ c nano b c bên trong t bào vi khu n b ng cách tr c tiên cho vi khu n t ng tác v i AgNO3 r i sau đó m i cho tác d ng v i dung d ch borhyđrid

T i H i ngh Khoa h c Châu Âu v các l p ph thông minh 6/2004 t i Berlin [32]

m t s công trình đã trình bày k t qu nghiên c u v kh nĕng gi s ch b m t các l p

ph trong su t, luôn luôn không b bám b i và vi khu n, trong đó các h t nano TiO2 xúc tác quang hóa đ c ph m t l p m ng nano b c, nh v y các h t nano b c có di n tích

b m t r t l n làm cho tác d ng kh trùng đ c kéo dài đ n hàng nĕm

S Mandal và cs [43] đã t ng h p các nano tinh th b c b t đ ng h ng b ng cách

s d ng b t nhǜ t ng trong n c làm khuôn m u, NaBH4 làm ch t kh và ch t ho t

đ ng b m t anionic AOT ho c SDDS làm tác nhân n đ nh và t o b t Ph ng pháp mixen thu n này đã cho phép các tác gi thu nh n nano tinh th b c có đ b n r t cao

và hình thái h c khác nhau: hình c u, hình d t, ho c hình gi i bĕng, tùy thu c vào đi u

ki n thí nghi m B ng cách ly tâm v i t c đ 5000v/phút trong th i gian 30 phút các tác gi đã tách đ c các h t nano b c hình c u có t tr ng l n h n ra kh i các h t hình

d t ho c hình s i Matsumura và cs [41,54]đã thành công trong vi c c y các h t nano

b c lên nano zeolit, nh v y đã t o ra đ c m t h đi u ti t ion b c đ c đáo cho phép

gi i phóng ion b c vào dung d ch khi t i khu v c b m t ti p xúc xu t hi n vi khu n,

nh ng n u trong dung d ch không có vi khu n thì quá trình gi i phóng ion b c s không

x y ra Ěi u đó cho th y t ng tác tƿnh đi n gi a ion b c Ag+ v i b m t mang đi n tích âm c a vi khu n th c s gi vai trò quan tr ng trong c ch di t khu n c a nano

b c Các tác gi cho r ng có th có hai quá trình x y ra liên ti p trong c ch tác đ ng

c a b c zeolit Tr c tiên là t bào vi khu n ti p xúc v i nano b c trên b m t h t zeolit

và nh n các ion b c Các ion b c này s c ch enzym hô h p c a t bào và làm tê li t

chúng Quá trình th hai là s hình thành các ph n t ôxy t quá trình c ch enzym hô

h p b i ion b c và các ph n t ôxy này t n công và tiêu di t các t ch c bên trong t bào Stromova và cs [82] đã thu nh n đ c c u trúc nano b c trong t y tinh x p b ng cách t m th y tinh x p v i dung d ch AgNO3, sau đó làm m t n c s y khô và kh Thao tác này đ c th c hi n nhi u l n v i các n ng đ nitrat b c khác nhau, cho phép

l p đ y b m t các không gian r ng trong tinh th x p đ t o ra l p ph có đ dày (θ) t 0,03 đ n 2,5 l p nguyên t b c Kh o sát giai đo n ph ban đ u (θ < 1), b ng ph quang đi n t các tác gi cho th y s hình thành các clast b c kích th c nh Agn (n =

2 - 4), sau đó tĕng d n lên đ n Ag5- 6, đ ng th i đ d n đi n c a l p ph t i giai đo n này còn th p (R ~ 108 Ω) T i giai đo n hình thành đ n l p (θ ~ 1) ph đi n t cho th y vùng h p th đ c tr ng c a kim lo i kh i v i đ d n tĕng đ t ng t, th hiên qua tính

th y các nguyên t ôxy và nit c a vòng pyrrolidon giúp cho phân t PVP g n ch t vào

b m t h t nano b c [15,16] Ph ng pháp này cho phép thu nh n dung d ch nano b c

v i đ n đ nh r t cao và kích th c h t trung bình 6,5nm

J Elechiguera và cs [29] s d ng albumin huy t thanh bò (BSA) làm ch t n đ nh

đ đi u ch nano b c b ng ph ng pháp dung d ch n c BSA là m t chu i polypeptide

g m 583 g c axit amin, trong đó m t s g c ch a các nhóm mang sunfua, ôxy và nit Các nhóm ch c này có kh nĕng đ c bi t trong vi c n đ nh h t nano, trong đó có đ n

35 g c cystein ch a thiol t ng tác v i b m t h t nano Trong ph ng pháp này tác

nhân kh đ c s d ng là borohydrid natri và BSA n

đ nh các h t nano thu đ c

b ng cách liên k t tr c ti p v i các g c cystein ch a thiol, nh

v y b m t h t nano đ c b o

v ch c ch n b i m t l p protein d y K t qu là kho ng 75% s h t đ t kích th c 2.08

± 0.42 nm Hình 1.2.1 là nh Hình 1.2.1 nh TEM tr ng t i c a HIV tr c (b)

và sau khi ti p xúc v i nano b c (a) [29]

TEM tr ng t i (HAADF) c a virut HIV sau khi ti p xúc v i nano b c đ c đi u ch

b ng ph ng pháp BSA (a); hình nh phía trên cho th y s phân b khá đ ng đ u c a các h t nano b c trên b m t con virut b) là nh TEM tr ng t i c a HIV-1 tr c khi

ti p xúc v i nano b c; trên hình nh phía trên có th th y s phân b c a các đ nh chóp thu c các phân t gp120 trên b m t virut

Các nhà khoa h c Ukraina đ xu t ph ng pháp n xói mòn (Erosion-explosion method) cho phép t o ra các clast nano b c đ c tích đi n âm b ng cách t o ra chùm

b c x đi n t t b m t kim lo i b ng cách n xói mòn đi n c c an t d i d ng xung

đi n trong môi tr ng n c [105] Các clast b c tích đi n âm này có kích th c h t trung bình 2 - 5nm th hi n tính ch t nh là m t ch t t o ph c mà thành ph n ligand là các phân t n c v i s ph i trí cao t ng ng s đi n t trên b m t h t nano b c V t

li u nano b c này đ c mô t b ng công th c t ng quát d i đây:

ch t ph c, trong đó ch t t o ph c là h t nano mang đi n tích còn ligand là các phân t

n c Ěi n tích b m t c a h t nano đ c t o ra b i m t chùm đi n t m t đ l n phát

ra t b m t c a kim lo i trong quá trình n xói mòn Các h t nano chuy n đ ng trong dòng đi n t đó s đ c tích đi n âm trên b m t Công ngh nano n xói mòn có kh nĕng t o ra các ph c aquachelat v i s ph i trí l n h n 12 Ě ng th i d ng hình c u c a

h t nano làm cho đi n tích đ c phân b đ u trên b m t h t, t o đi u ki n đ các phân

t n c phân b kín d y đ c xung quanh h t nano, b i các phân t n c là nh ng h t phân c c trong đó các nguyên t hydro mang đi n tích d ng á h t nano đ c chelat hóa b ng các phân t n c d dàng th m qua màng t bào và h t nano d dàng thoát ra kh i b c n c t o đi u ki n cho h t nano th hi n ho t tính cao c a mình D a vào nh ng tính ch t đ c bi t này các dung d ch nano b c đ c đi u ch b ng ph ng pháp n xói mòn b ng xung đi n có th đ c s d ng làm dung d ch kh trùng v i th i gian s ng dài và ho t tính di t khu n cao khác th ng Các nhà khoa h c Ukraina đã s

d ng dung d ch h n h p nano b c và nano đ ng đ c đi u ch b ng ph ng pháp n xói mòn đ kh trùng b b i [106], v i n ng đ b c và đ ng th p h n li u cho phép trong n c u ng (t ng ng 0.05 và 1.0 mg/lít, theo tiêu chu n 2.1.4.539-96,

LB Nga) C th là 0.03 - 0.05mg Ag/lít và 0.5 - 1.0 mg Cu/lít M c dù s d ng n ng

đ ch t kh trùng th p nh v y nh ng hiê qu kh trùng r t cao, c th là sau m t qúy

m i ph i thêm vào b 10% th tích dung d ch kh trùng ban đ u đ duy trì đ s ch vi khu n cho b b i

Ph ng pháp n xói mòn còn cho phép đi u ch các aquachelat nano kim lo i v i thành ph n ligand h n h p, trong đó m t ph n l p v hydrat đ c thay th b ng các phân t carboxilat có tính t ng thích sinh h c, d i d ng công th c t ng quát d i đây:

[ηMeη2n- (H2O)m (HOOCR)p]2n-

Các chelat nano kim lo i v i thành ph n ligand h n h p g m các phân t n c và axit carbonic t ng thích sinh h c có th d dàng đi vào bên trong t bào và thoát ra

đó đ tác đ ng lên các quá trình chuy n hóa trong đó ho c làm thay đ i các tính ch t

v t lý c a t bào Nói cách khác, trong m t t ng lai g n ph ng pháp n xói mòn b ng xung đi n có th đ c xem là m t ph ng ti n cho phép t o ra các h t nano chelat hóa

có kh nĕng v n chuy n thu c đ n các đi m c n ch a tr trong c th Các ch ph m nano t ng thích sinh h c này đã đ c các nhà nông h c Ukraina th nghi m ngoài cánh đ ng lúa mǶ (yarovaya) t i huy n Borznhianski t nh Tchernigov b ng cách x lý

h t gi ng v i ch ph m trên tr c khi gieo K t qu là trên di n tích 40 ha s n l ng thu ho ch đã tĕng 30% [96]

G n đây ng i ta còn s d ng men lysozym t tr ng gà nh m t ch t kh và ch t

n đ nh (stabilizer), đ ng th i làm ch t xúc tác cho quá trình hình thành nano b c d i tác d ng c a ánh sáng Theo ph ng pháp này [26], h n h p dung d ch lysozym khu y

tr n v i acetat b c trong metanol và s n ph m nano b c thu đ c mang cô đ c r i chuy n v dung d ch n c H lysozym-h t nano b c th hi n ho t tính xúc tác th y phân và ho t tính kháng khu n Ěáng chú ý là h lysozym-h t nano b c có tính kháng khu n m nh đ i v i ch ng vi khu n Proteus mirabilis kháng b c và E.coli tái h p (E.coli recombinant) kháng thu c và kháng b c S n ph m thu đ c có kích th c h t trung bình 10nm

Trong s các v t li u nano thu c nhóm kim lo i qúy nano b c đ c quan tâm nghiên c u nhi u h n c b i các tính ch t lý-hóa đ c bi t c a nó Nh có hi u ng c ng

b c [19] B ng th c nghi m các tác gi đã ch ng minh r ng nano b c gi các t bào

máu hình t m (platelet) tr ng thái không ho t đ ng và cho th y khi đ a m t l ng

nh dung d ch nano b c vào máu c a chu t, s hình thành huy t kh i gi m 40% mà không gây ra b t kǶ hi u ng ph nào

Các nghiên c u c a Elechiguera và cs [29] đ a ra k t lu n r ng các h t nano b c

có kích th c ≤ 10 nm có kho ng cách tâm-đ n-tâm gi a chúng trùng v i kho ng cách

gi a các đ nh chóp (knobs) c a phân t glycoprotein (gp120) có ch a các nhóm sunphohydryl trên b m t con virut HIV Chính các đ nh chóp mang đi n tích âm này s

g n k t v i các h t nano b c có kho ng cách tâm-đ n-tâm t ng đ ng Nh t ng tác

đó nano b c có th c n tr virut HIV ti p c n v i t bào ch qua th quan CD4, mà các tác gi đã ch ng minh đ c b ng thí nghi m in vitro

Các ph ng pháp quang hóa và hóa phóng x là m t ph ng ti n có kh nĕng t o

ra các h t nano kim lo i mà kích th c và hình d ng h t có th ki m soát đ c [91]

K t qu th c nghi m cho th y b ng b c x UV lên dung d ch n c ch a các ion kim

lo i v i s có m t c a ch t HĚBM có th thu nh n các h t nano d i d ng dung d ch keo Ho c s d ng các phân t màu nh m t ch t nh y quang đ kh i mào qúa trình

kh ion kim lo i, đ ng th i làm tác nhân n đ nh h t nano [70] nh đ c th hi n trên hình 1.2.2:

+

Hình 1.2.2 T ng h p nanô b c b ng ph n ng quang hóa, s d ng ch t thionin làm ch t nh y quang [90]

đây s kh ion Ag+ đ c th c hi n b ng cách kích thích ch t màu thionine b ng ánh sáng th ng Ch t màu trong quá trình t d p t t đã đ c chuy n v tr ng thái kh

s kh i mào quá trình kh Ag+ thành nano kim lo i

Kamat [44]đã s d ng ph ng pháp b c x xung đ kh o sát s kh i mào ph n

ng kh ion b c và các b c phát tri n ti p theo c a h t nano Các s n ph m s c p c a quá trình x ly n c ( e-aq, OH•, O•, H• ) có th đi u ch nh đ t o ra môi tr ng kh

ho c môi tr ng ôxy hóa Tert-butyl alcohol (2%) đ c thêm vào dung d ch n c mu i AgClO4 có s c khí nit nh m đu i h t các g c t do, và trong dung d ch ch còn

l i các đi n t hydrat đ làm nhi m v kh các ion b c

Ph h p th phân gi i th i gian đ c ghi nh n ngay sau khi b c x xung dung d ch AgClO4 trong đi u ki n không có citrat t i các th i đi m khác nhau đ c d n ra trên hình 1.2.3 Ě ng cong h p th ghi nh n ngay sau khi b c x xung đi n t cho th y vùng h p th tr i r ng trong vùng b c sóng 300 - 450nm v i đ nh là 360nm, ng v i

ph n ng kh :

Ag+ + e-aq → Ag0

Theo các tác gi , đ nh 360nm đ c gán cho s xu t hi n các nguyên t Ag0 Ě nh

h p th 360nm (hình 1.2.3.a) nhanh chóng phân h y trong th i gian kho ng 3µs và gi i

h p th m i t i 310nm xu t hi n (hình 1.2.3.b), đ c gán cho h p th c a ion Ag2+:

Ag0 + Ag+ → Ag2+

th i gian dài h n (1ms) m t đ nh m i n a (Hình 1.2.3.d) xu t hi n t i 280nm (d i d ng cái vai c a đ nh (d)) Ě nh này đ c gán cho quá trình đime hóa c a ion

Ag2+:

Ag2+ → Ag42+

Nh ng khi có m t citrat trong dung d ch b c x thì sau m t th i gian (8ms) s xu t

hi n đ nh 410nm (đ ng ch m ch m, hình 1.2.3) Ěi u đó ch ng t anion citrat đã t o

ph c v i Ag2+, ngĕn c n không cho chúng t p h p ti p Quá trình hình thành ph c citrat

x y ra nh d i đây:

(Ag)2+ + citrat- ↔ [(Ag)2+

(citrat)-]

Ph h p th t c th i t i đ nh 310 nm và 410 nm khi có và không có m t citrat

đ c d n ra trên hình 1.2.4 A và B Trên hình v có th th y, sau khi đ nh 310 phân

h y h t trong kho ng 2ms, đ nh 410 b t đ u l n lên t t trong thang th i gian 8ms

Hình 1.2.4: Ě ng phân h y t c th i c a đ nh h p th 310nm (A) và đ nh 410nm (B) ngay sau khi b c x xung dung d ch 1mM AgClO4 đ c bão hòa v i khí nit khi không

có m t citrat (a) và khi có m t citrat (5mM) (b) (~2% tert-butanol đ c thêm vào đ

lo i các g c t do) [44]

Tuy nhiên, kh o sát nh h ng c a citrat đ i v i đ c tr ng c a nano b c, các tác

gi cǜng ch ra r ng n ng đ th p c 0,1 – 0,5mM citrat quá trình kh x ly cho phép thu nh n s n ph m nano b c v i kích th c h t nh và d ng Hình c u; trong khi n ng

đ cao h n ( > 1,5mM ) h t nano thu đ c có kích th c l n h n và ph phân b h t

m r ng h n

Hình 1.2.5: S đ phát tri n b c 1 và b c 2 c a quá trình

hình thành nano tinh th b c [25]

Hình 1.2.5 mô t các giai đo n hình thành h t nano b c Các m m nano b c đ c

t o ra t i giai đo n 1 s t o ph c m nh v i anion citrat, ph c này s l n d n lên và đ t

t i kích th c t i u mà t i đó l c đ y lùi c a l p v citrat s ngĕn c n các h t t p h p

ti p theo M t khi n ng đ citrat trong dung d ch cái gi m xu ng thì dung d ch không phát tri n các tâm m i n a (giai đo n 2) Khi đó chúng ta s th y nano tinh th b t đ u phát tri n kích th c theo c ch chín (repening) Ostwald do các ion Ag+ h p ph lên trên b m t h t nano

Nh v y có th lu n ra r ng s hình thành ph c citrat v i b c có vai trò quan tr ng

1.3 Ch t o nano b c b ng ph ng pháp mixen đ o và ph ng pháp dung d ch

n c

Ch t o nano b c b ng ph ng pháp mixen đ o

Nh đã trình bày trên, có nhi u ph ng pháp có th đ c s d ng đ ch t o v t

li u ch a nano b c kháng khu n nh ph ng pháp phun ph v t lý (b c h i chân không,

ph plasma h quang, plasma ion (ion plasma deposition), phún x , ), ph ng pháp plasma hóa h c (plasma-chemical method), ph ng pháp đi n hóa, ph ng pháp hóa

h c dung d ch n c, ph ng pháp mixen đ o trong dung môi h u c Hai ph ng pháp sau cùng t ng đ i đ n gi n vì không đòi h i các thi t b chuyên d ng đ t ti n, vì v y

đ c chúng tôi ch n s d ng đ nghiên c u ch t o nano b c ph c v cho m c đích

kh trùng

Ph ng pháp mixen đ o đ c các nhà khoa h c Nga s d ng đ đi u ch nano

b c v i kích th c h t nh v i ph phân b ch m và th i gian s ng (shelf life) kéo dài, trong đó tác nhân kh là các đi n t hydrat hóa đ c t o ra b ng ph ng pháp hóa phóng x ho c là b ng ph ng pháp sinh hóa (flavonoid quercetin chi t t th c v t)

[23,71] S n ph m nano b c thu đ c có ph phân b kích th c t p trung v i đ ng kính h t trung bình 4-7nm và th i gian s ng c a dung d ch keo n ng đ 5mMol ít

nh t 6 tháng mà ít có ph ng pháp nào đ t t i

B n ch t c a ph ng pháp mixen đ o

Nhǜ t ng đ o n c/cacbonhydrat v i m t ch t ho t đ ng b m t (HĚBM)

th ng đ c s d ng nh m t lò ph n ng vi l ng đ t ng h p các h t nano kim lo i khác nhau nh Au, Ag, Cu, Zn, Fe

Mixen đ c t o ra trong n c khi có m t ch t ho t đ ng b m t (HĚBM) Nhi u

k t qu nghiên c u đã ch ra r ng n c nhi t đ phòng là m t ch t l ng có c u trúc

gi ng nh c u trúc c a n c đá nh ng v i l c tác d ng g n (< 0,8nm) Trong quá trình hòa tan ch t HĚBM các phân t n c ti p t c hình thành c u trúc xung quanh các g c không phân c c c a ch t HĚBM, d n đ n làm suy gi m entropy c a h Nh ng do h

ph n ng luôn có xu h ng tĕng entropy, nên khi n ng đ c a ch t HĚBM đ t t i m t

n ng đ nh t đ nh, g i là n ng đ t i h n t o mixen (CCM-critical concentration of

micelle formation), thì các phân t HĚBM b t đ u t mình hình thành các t p h p đ c

g i là mixen [28] (khi ph n ng x y ra m t cách t nhiên thì bao gi entropy cǜng tĕng

do nĕng l ng t do ∆G gi m)

Các dung d ch vi nhǜ t ng có th đ c ch t o b ng cách dùng siêu âm khu y

tr n dung d ch nitrat b c và dung d ch ch t kh (NaBH4, Quercetin) v i dung d ch AOT (bis -(2-ethylhexyl) sunfosuccinat natri) làm ch t HĚBM trong dung môi h u c T s

mol H2O/AOT (ω) và t s mol ion Ag+

trên ch t kh đ c gi nguyên trong quá trình

ph n ng Vi nhǜ t ng c a ch t kh đ c thêm vào vi nhǜ t ng nitrat b c ngay sau khi nó đ c đi u ch

Quá trình trao đ i ch t tan (AgNO3 và NaBH4) trong các mixen di n ra theo các giai đo n sau: 1) quá trình khu ch tán c a các mixen đ o d n đ n s va ch m l n nhau; 2) s m ra c a l p v AOT đ hai mixen dính vào nhau; 3) s khu ch tán c a các phân

t hòa tan trong mixen liên h p d n đ n s ti p xúc v i nhau c a các ch t bên trong mixen; 4) s hình thành mixen đ o m i v i s xu t hi n các h t nano b c bên trong Giai đo n ch m nh t đây là giai đo n khu ch tán (g/đ 3) c a các ch t tan vào nhau, đ ng th i h ng s t c đ trao đ i gi a hai mixen Kex tĕng theo chi u dài c a

m ch cacbon hydrat Thí d , đ i v i các ch t cyclohexan, heptan và decan, Kex t ng

ng là 106, 107 và 108 m-1.gy-1

Các ch t HĚBM th ng đ c s d ng đ ch t o nano b c b ng ph ng pháp mixen đ o có th là AOT, lexitin và dodecyl sunfat natri:

Bis-(2-ethylhexyl) sunfosuccinat natri (AOT):

Tùy vào lo i v t li u mang nano b c mà s d ng các ph ng pháp ch t o nano

b c khác nhau cho phù h p Khi s d ng nano b c d ng dung d ch n c đ kh trùng

các b m t hay t m lên các v t li u côt tông thì s d ng ph ng pháp dung d ch n c là

thích h p Nh ng khi s d ng nano b c ph i tr n v i polime đ ch t o nano composite

thì ph ng pháp vi nhǜ t ng mixen đ o là thích h p h n c

M t h nhǜ t ng đ c đ nh nghƿa là m t h g m 3 thành ph n là n c, d u và

ch t ho t đ ng b m t H này là m t dung d ch đ ng quang và n đ nh nhi t đ ng h c

Quan sát b ng kính hi n vi, dung d ch vi nhǜ t ng trông nh m t dung d ch đ ng th ,

nh ng kích th c phân t nó là h d th C u t o c a m t h t nhǜ t ng m t nhi t

đ cho tr c đ c quy t đ nh b i t l h p ph n c a nó và có th đ c xác đ nh m t

cách đ nh tính b ng công th c xác đ nh c u hình c a ch t HĚBM đ c d n ra trên hình

1.3.1 Ch t HĚBM đ c c u t o b i ph n k n c và ph n a n c Ph thu c vào t l

c a hai thành ph n này (h s p) mà ch t HĚBM có th t o ra các c u trúc nano khác

nhau: các mixen thu n và mixen đ o, các vi nhǜ t ng (th d u trong n c ho c n c

trong d u), các mixen d ng màng hai l p và mixen hình vetxi nh đ c th hi n trên

Có hai cách chính đ t o h t nano t các mixen: tr n l n hai dung d ch vi nhǜ

h t nano Cu đ c t o t h g m AOT, xyclohexan và n c tĕng t 2 t i 10nm khi h s tan thay đ i t 1 t i 10

H ba c u t “ exan - H2O - AOT” là m t thí d đi n hình, trong đó n u thay đ i

h s tan ω (nghƿa là t l H2O/AOT), ta có th thay đ i d dàng đ ng kính h t n c trong lò ph n ng nano nh có th th y trên hình 1.3.3 Các h này đ c bi t đ n gi n và

ti n l i cho vi c t ng h p các phân t nano b ng các ph n ng hoá h c

Hình 1.3.3 S ph thu c c a đ ng kính h t n c vào h s hòa tan ω[110].

Gi th chúng ta có hai dung d ch mixen đ o - m t ch a các phân t ch t A và

m t ch a ch t B - đ c khu y tr n v i nhau Khi đó ph n ng di n ra có th đ c ki m soát b i quá trình trao đ i c a các ch t ph n ng gi a các mixen (Hình 1.3.4) Vì ph n

ng bên trong các mixen t di n ra đ nhanh cho nên đ ng h c c a ph n ng đ c xác

đ nh b i quá trình trao đ i gi a các mixen

Hình 1.3.5: Các giai đo n hình thành h t nano b c trong các mixen đ o

K t qu nghiên c u đã kh ng đ nh r ng kích th c h t nano ph thu c vào kích

th c c a nhân n c trong mixen đ o (nhân càng nh kích th c h t nano càng nh ) Hình 1.3.6 mô t hi u ng kích th c l ng t c a h t nano (c th là AgI) thông qua

s ph thu c c a nĕng l ng exiton (nĕng l ng h p th c ng h ng plasmon b m t) vào kích th c c a h t nano, hay nói cách khác là vào kích th c c a h t nhân n c trong mixen

Ě ng h c c a s phát tri n nano tinh th AgI d n ra trên hình 1.3.7 cho th y các h t nano b c l n d n thành các clast theo th i gian do hi u ng t p h p, th hi n qua s gia tĕng b c sóng h p th c ng h ng plasmon b m t [44]

Nh m h n ch h t nano phát tri n thành kích th c

l n, ng i ta tìm cách đ a các tác nhân n đ nh vào bên

trong h t mixen đ o Nhi m v này đ c th c hi n

b ng cách đ a vào trong h ph n ng các phân t thiol

h p ph lên b m t c a nano tinh th ngĕn c n s phát

tri n c a chúng (Hình 1.3.8)

K t qu là đ ng cong đ ng h c c a quá trình phát

tri n kích th c nano tinh th thay đ i khi có m t

thiolglyxerin S phát tri n c a nano tinh th có th

d ng l i b t c kích c nào b ng cách thay đ i n ng

đ và th i gian đ a ch t n đ nh vào Hình 1.3.9 cho

th y kích th c h t nano đó gi m đáng k sau khi đ a

TGC vào dung d ch vi nhǜ t ng ch a nano AgI

Hình 1.3.9 V trí đ nh h p th exiton c a các h t tinh th AgI trong vi nhǜ t ng thay đ i theo th i gian (1) không có TGC; (2) có [Ag] : [TGC] = 1 : 0,3 [44]

Nh đã nói t i trên, có nhi u ph ng pháp t ng h p hóa h c đ c s d ng đ

ch t o nano b c Các ph ng pháp này khác nhau ch y u là ch t kh và h vi nhǜ

đ c th c hi n trong các dung d ch n c ho c không n c, ho c trong các dung d ch mixen đ o h 3 c u t : dung d ch n c mu i kim lo i, ch t HĚBM và dung môi không phân c c [102].

Hình 1.3.10 Các ph ng pháp hóa h c t ng h p nano kim lo i trong dung d ch [102]

Ch t n đ nh h t nano trong ph ng pháp dung d ch n c th ng là các ch t h u

c t nhiên (gelatin, chitozan, aga-aga, carrageenan …) ho c các polime t ng h p, ho c trong m t s tr ng h p chính ch t kh đ c s d ng làm tác nhân n đ nh không cho các h t nano t p h p l i v i nhau Trong ph ng pháp mixen đ o thì l p v t các phân

t HĚBM có th gi vai trò tác nhân n đ nh

Trong nhóm các ph ng pháp mixen đ o quang hóa và hóa phóng x ch t kh là các quang đi n t sinh ra d i tác d ng c a b c x tia c c tím và các đi n t sonvat hóa sinh ra khi dung d ch n c đ c b c x b i chùm tia phóng x Gi ng nh các ph ng pháp “truy n th ng”, trong nhóm các ph ng pháp quang hóa và hóa phóng x quá

Mixen đ o Dung d ch phân t

+ ch t n đ nh Mixen đ o

Kh vô c Kh h u c

Các ch t kh không truy n th ng

B m t đi n c c + dung d ch mu i Me++ ch t n đ nh

FL- Flavonoid