Cơ chế kháng khuẩn của công nghệ nano bạc

Nhờ tính  sát khuẩn của bạc mà từ lâu đời nó đã được sử dụng để thử độ độc của các món ăn trước khi đang lên vua chúa. Ngày nay, dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhà nghiên cứu đã bào chế ra các hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn vượt trội gấp hơn 200 lần so với loại bạc thông thường. Chính vì vậy mà hiện nay nano bạc được ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực, trong đó có cả lĩnh vực y tế.

Vì sao nano bạc lại có khả năng kháng khuẩn mạnh?

Nano bạc là gì? Nano bạc là một dạng hạt của kim loại bạc với kích thước vô cùng nhỏ, có kích thước trong khoảng từ 10-100 nm, được hình thành trong quá trình oxy hóa glucose thành axit gluconic bởi amin với sự có mặt của bạc nitrat và axit gluconic.

Nano bạc sở hữu khả năng kháng khuẩn mạnh đó là vào do nó có diện tích tiếp xúc vô cùng lớn. Ở trong môi trường nước chúng trở thành một “kho chứa” để giải phóng từ từ các ion bạc vào dung dịch, nhờ vậy lượng bạc trong kho không bị các thành phần trong dung dịch vô hiệu hóa như trường hợp đối với muối bạc.

Màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn là một cấu trúc gồm các glycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng. Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Các tế bào động vật thuộc nhóm sinh vật bậc cao (sinh vật đa bào: Động vật nói chung bao gồm cả con người là động vật bậc cao) có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật đơn bào (nấm, vi khuẩn và virut). Tế bào của động vật bậc cao có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đôi bền vững có khả năng cho điện tử do đó không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy tế bào không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion bạc. Điều này có nghĩa nano bạc hoàn toàn không gây hại đến con người và động vật nói chung, do cấu trúc màng tế bào bền vững và dày hơn các vi sinh vật đơn bào gây bệnh như nấm, vi khuẩn và virut.

Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc 

Nano bạc có đặc tính kháng khuẩn trên cả vi khuẩn gram âm, gram dương và các chủng vi khuẩn đã kháng kháng sinh. Không những thế, các tiểu phân nano bạc còn tiêu diệt được nhiều loại nấm và một số loại virus như virus HIV-1, virus đậu mùa, viêm gan B.

Hiện nay, tác dụng kháng khuẩn của nano bạc vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi nhưng được giải thích theo các cơ chế sau:

- Các tiểu phân nano bạc bám lên trên lớp màng tế bào vi sinh vật sẽ làm thay đổi tính chất màng, ngăn cản quá trình trao đổi chất của VSV qua màng tế bào, dẫn đến cái chết của vi khuẩn. Do các kích thước vô cùng nhỏ nên cùng diện tích bề mặt lớn làm tăng khả năng bám dính trên bề mặt các tế bào vi sinh vật, khiến chúng chết nhanh hơn.

- Dựa vào tính chất hóa học của các ion Ag+: các Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglycan, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn. Đồng thời, ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn.

Tại Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công  nghệ Việt Nam, các nhà khoa học đã nghiên cứu các phương pháp điều chế dung dịch nano bạc bằng hóa học và điện hóa cũng như đánh giá khả năng diệt khuẩn của nano bạc với nhiều chủng vi sinh vật gây bệnh khác nhau như E.coli, Coliform, S.aureus, P. aeruginosa, Aci.baumannii, Streptococcus,Vibrio cholerae (phẩy khuẩn tả), Enterococcus feacalis (khuẩn liên cầu), N. gonorrhoeae (lậu cầu), nấm gây bệnh Candida albicans... Kết quả nghiên cứu cho thấy, chỉ cần một lượng nano bạc rất nhỏ cỡ 1mg/L đã tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh này ngay cả với những chủng vi khuẩn đa kháng rất nhiều loại kháng sinh.

Các ứng dụng nano bạc trong đời sống hiện nay

Nhiều sản phẩm nano bạc đã được các tổ chức FDA, EPA của Mỹ, SIAA của Nhật Bản chính thức cho phép sử dụng để khử trùng trong y tế và đời sống. Ứng dụng của nano bạc và nhu cầu sử dụng nano bạc trong sản xuất các mặt hàng tiêu dùng, y tế và chăn nuôi ngày càng tăng mạnh. Hiện nay trên thị trường của nước ta cũng đã xuất hiện rất nhiều sản phẩm có thành phần nano bạc được nhập và sử dụng khá phổ biến chứng minh nhu cầu to lớn của thị trường trong nước về những loại sản phẩm này. So với thế giới việc sử dụng nano bạc để sản xuất các sản phẩm ở nước ta còn khá khiêm tốn. Một phần là do kiến thức về sản phẩm này chưa nhiều, một phần là do tâm lý e ngại nguyên liệu này phải nhập khẩu nên giá cao ảnh hưởng đến giá thành sản xuất.

Tiềm năng ứng dụng của nano bạc

Nano bạc có tiềm năng ứng dụng rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp và y tế để tạo ra nhiều mặt hàng mới, chất lượng cao, đem lại hiệu quả kinh tế xã hội và tạo thêm việc làm. Ứng dụng nano bạc trong y tế, đời sống và sản xuất cũng sẽ giúp bảo vệ sức khỏe con người, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát triển sản xuất.

Trong những năm gần đây, Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu tạo ra các sản phẩm chứa nano bạc dùng cho đời sống hàng ngày như: khẩu trang, nước súc miệng, dung dịch vệ sinh, khử mùi cơ thể, kem đánh răng, xà bông, khử mùi, son môi, dụng cụ trang điểm, băng bỉm vệ sinh, dung dịch vệ sinh phụ nữ, khử trùng nước ăn uống... Các loại sản phẩm trên đang được sử dụng ngày càng phổ biến và được đánh giá có hiệu quả tốt.

Trong y tế dung dịch nano bạc được dùng: Phủ các chi tiết xương nhân tạo, điều trị các bệnh nhiễm khuẩn đường hô hấp, điều trị nhiễm khuẩn sinh dục tiết niệu, băng điều trị vết thương như bỏng, vết loét hoại tử...

Tuy nhiên cũng có ý kiến cho rằng “vật liệu nano và sản phẩm của vật liệu nano là con dao hai lưỡi” vì nó có thể là phương tiện trị liệu hiệu quả, nhưng cũng có thể là mầm mống gây bệnh ở mức tế bào. Tuy chưa có bằng chứng chứng minh cụ thể tác hại của nano bạc đối với sức khoẻ con người nhưng việc sử dụng cần rất cẩn trọng tránh ảnh hưởng không mong muốn đến con người và môi trường.