Công nghệ và ứng dụng về dung dịch hoạt hóa điện hóa: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:203

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Cuốn sách "Dung dịch hoạt hóa điện hóa công nghệ và ứng dụng" phần 2 cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Công nghệ hoạt hoá điện hoá trong ứng dụng; ứng dụng công nghệ hoạt hoá điện hoá tại Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ và ứng dụng về dung dịch hoạt hóa điện hóa: Phần 2

1 17 C hưong 3 CÔNG NGHỆ H OẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỦNG DỤNG 3.1. Ú ng dụng công nghệ hoạt hóa điện hóa trong y học và sinh học 3.1.1. N h ũ n g số liệu th ụ v nghiệm c h ú n g m inh k h ả năng điểu khiến các phản úng ôxy hóa-khử trong môi trường chất lỏng sinh học bằng nước hoạt hóa điện hóa Bang một thiết bị làm sạch nước quy mô gia đình 'iZU M R U D K” (chuyên sản xuất nước hoạt hóa có thế ôxy hóa khứ thấp thể hiện tính chất chông ôxy hóa) cho phép thu nhận một nguồn nước uống sạch với các chỉ số kỹ thuật: pH = 7,0 - 7,2; ORP từ - 200 đến +150 mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.), trong khi chi số cùa nước ban đầu (đối chứng): pH = 6,8 - 7,1; ORP = +200 -r +350mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.). Giá trị ORP tương đối thâp của nước đã qua xử lý HHĐH liên quan trực tiêp đên tính chât đặc thù của công nghệ xứ lý nước trên thiết bị “IZUMRUD K” trong đó nước đi ra từ khoang catốt vẫn duy trì được các dấu hiệu của sự hoạt hóa catốt. Trên cơ sở các mẫu thí nghiệm này hai dung dịch sau đây đã được chuẩn bị: 1) dung dịch 2% cùa chế phẩm polyvitamin “Decamevit” với sự có mặt chất phụ gia 10% saccaroza; 2) 1% dung dịch cùa chế phẩm polyvitam in “P anhexavit” . Cả hai chế pham đều chứa các vitam in có hoạt tính chông ôxy hóa và được sử dụng đê điêu trị và phòng ngừa bệnh thiêu vitamin, các bệnh của người già. Các dung dịch này sau đó được đo các chỉ số pH và ORP. Kẽt quả trình bày trên báng 3.1 cho thấy, trong trường hợp nước hoạt hóa catốt và chế phẩm polyvitamin được trộn lẫn với nhau, chỉ số pH của các dung dịch này vẫn giữ nguyên giá trị trong khoảng trung tính, trong khi ORP cùa các dung dịch polyvitamin được pha nước hoạt hóa catốt có giá trị 210 -ỉ- 430mV thấp hơn ORP của các mẫu đối chứng được pha chế băng nước không hoạt hóa. Tính năng khứ cùa giá trị ORP cùa các dung dịch vitamin được pha chế bàng nước hoạt hóa catốt được đặc trưng bời trạng thái già bền và sẽ phục hồi dần về giá trị bền vững trong thời gian I -r 3 ngày, phụ thuộc vào điều kiện bảo quản.
118 Nguyễn Hoài Cháu, V.M. Bakhir, Ngỏ Quốc Bưu Bảng 3.1 . So sánh các chỉ tiêu pH và ORP của các dung dịch polyvitamin được điều chế trên nền nước thường và nước hoạt hóa catốt Dung dịch Dung dịch đối chứng Dung dịch khảo sát HHĐH catốt pH ORP pH ORP Decamevit 2% có 10% 6,9 ±0,1 +200± 15 6,7 ±0,2 -230 ± 20 saccaroza Panhexavit 1% 7,1 ±0,15 +280 ± 25 7,3 ±0,2 +70 ± 18 Kết quà thí nghiệm in vitro này cho thấy yếu tố hoạt hóa catốt có tác dụng thế nào đối với hoạt tính cho điện tử của các chất chống ôxy hóa ngoại sinh. Điều đó tạo cơ sở để dự đoán về một hiệu ứng tương tự của nước hoạt hóa catốt đối với các chất chống ôxy hóa nội sinh (xem hình 1.17). 3.1.2. Anh hướng của các yếu tố hoạt hóa điện hóa lên trạng thái của các tế bào đã được cách ly Đối tượng nghiên cứu là độ linh hoạt của tảo đơn bào Euglena viridis (tảo mất) trong môi trường nước có độ khoáng hóa tự nhiên và tinh trùng bò đã được làm tan đông trong dung dịch glucocitrat đắng trương. Độ linh hoạt và hình thái của tảo Euglena được khảo sát trong giọt nước băng phương pháp kính hiển vi quang học tại nhiệt độ phòng. Việc đánh giá định tính độ linh hoạt cùa tảo Euglena (chì sô linh hoạt - mobility index, IM) được thực hiện dựa trên thang đo quy ước sau: • Độ linh hoạt tốt (hầu hết các tế bào chuyển động linh hoạt) - 100 điểm; • Độ linh hoạt giảm nhẹ (một phần đáng kể các tế bào trờ nên bất động) - 50 điểm; • Tất cả các tế bào trở nên bất động - 0 điếm. Trong quá trình bị vô hoạt các tế bào Euglena từ dạng thon dài chuyển về dạng hình cầu. Độ linh hoạt của tinh trùng bò được khảo sát dựa theo phương pháp A. p. Eskov và R. I. Kayumov [24,60]. Các tinh trùng tan đông đuợc giữ trong dung dịch hỗn hợp glucocitrat đẳng trương và được chứa trong các cuvet quang học điều nhiệt và được chiếu bởi một chùm tia laze hồng ngoại. Bằng một hệ tự động hóa đặc biệt người ta ghi nhận tổng số các chuyển động cùa các tế bào hình xoắn đi q,ua đầu dò hông ngoại trong một thời gian xác định. Tổng số các chuyển động cùa các tê bào tinh trùng bò trong dung dịch glucocitrat tinh khiêt trên nén nước cất 2 lần, được tính là 100%.
C hư ơ n g 3. CÔNG NGHỆ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 1 19 Tảo Euglena từ dung dịch nuôi cấy được chuyển vào dung dịch anolit hoặc catolit ANK (có độ khoáng hóa 0,1 - 0,2 g/L) với các tham số xác định. Độ linh hoạt cúa các tế bào Euglena và hình thái của chúng được khảo sát bang phương pháp “giọt đùn” trên kính hiển vi quang học. Đê khảo sát độ linh hoạt của tinh trùng bò dưới tác dụng cùa các yếu tố hoạt hóa điện hóa cùa anolit hoặc catolit, các tế bào tinh trùng bò được tạo huyền phù trong dung dịch glucocitrat đấng trương trên nền nước cất hai lần (mẫu đối chứng) và trong dung dịch glucocitrat đang trương trên nền anolit hoặc catolit. Tổng số các tế bào tinh trùng chuyển động trong môi trường HHĐH (ej) được đánh giá tưưng tự như trường hợp tảo đơn bào Euglena. Chi số linh hoạt của các tế bào sợi xoan so với mẫu chuân là: J% = ( e j: ek) . 100% Tham số của các dung dịch HHĐH được chọn sao cho giá trị pH nằm trong khoáng pH = 6,0 -T 8,0 tương thích với hoạt động của các tế bào sinh vật. Công nghệ HHĐH cho phép thu nhận các dung dịch hoạt hóa với các giá trị pH nêu trên và với phô ORP trong khoáng rất rộng từ -750mV đến + 900mV (đ/c Ag/AgCl, KC b.h.). Các tham số đặc thù này chi có thế được tạo ra trong buồng điện hóa PEM. Trong điều kiện đó, khi pH ~ const, độ linh hoạt của các tế bào trong dung dịch anolit cũng như catolit chú yếu chi phụ thuộc vào biến thiên của ORP. Đồng thời để loại trừ tác dụng độc hại của các các hợp chất gốc tự do xuất hiện trong q u á trìn h tổng hợp điện hóa, anolit và c a to lit trước khi th í nghiệm được xứ lý trên cột hấp phụ than hoạt tính, trong điều kiện đó pH và O R P của dung dịch thay đối không đáng kể. Các chi số về độ linh hoạt cùa các tế bào Euglena và tinh trùng bò trong môi trường HHĐH phụ thuộc vào ORP được chỉ ra trên bảng 3.2. Kêt quà thực nghiệm Han ra trên hàng 3 2 xác nhận rãng độ linh hoạt bền vũng cùa tinh trùng bò tan đông ở pH gần với giá trị sinh lý tương ứng khoảng giá trị ORP từ -160 -ỉ- +360 mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.). Trong các khoảng ORP -220 -ỉ- -160 mV cũng như +325 -r +600mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) độ linh hoạt của các spermatozoid không ổn định. Các tế bào sợi xoắn thường giảm một phần độ linh hoạt trong môi trường hoạt hóạ mềm (ORP từ +325 -7 +520 mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 - b.h.)). Nhưng nếu tiếp tục tăng ORP lên tới +600 mV, độ linh hoạt cùa spermatozoid lại tăng theo (J tăng từ 0 tới 92%). Trong khoảng của các giá trị ORP cho điện tử từ 0 đến -160 mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) giá trị J cùa đa số các mẫu khảo sát đều tăng đến 110 -r 126% (giá trị J trung bình cùa vùng cho điện tử này J = 112 ± 5,6% so với J = 90 ± 6,8% trong môi trường không hoạt hóa, p < 0,01).
120 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu Các sperm atozoid trở nên vô hoạt hoàn toàn trong trường hợp ORP < -220mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) và ORP > +600mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.). Sự phụ thuộc độ linh hoạt của tảo Euglena vào giá trị ORP là như sau: khi ORP < -500mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.), các tế bào tảo trờ nên vô hoạt hoàn toàn và từ hình dạng thon dài chuyển sang dạng hình cầu; khi ORP phân bố trong khoảng từ -500 -r -200mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) độ linh hoạt suy giảm đáng kể và một phần chuyển sang dạng hình cầu; khi ORP nằm trong khoảng từ -200 đến +500mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.), các tế bào có độ linh hoạt tốt; khi ORP có giá trị trong khoảng +500 -r +600mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) - độ linh hoạt của các tế bào giảm đáng kể hoặc trở nên vô hoạt hoàn toàn; ORP > +600mV (đ/c SCE) - độ linh động mất hoàn toàn và các tế bào tảo có dạng hình cầu. Độ linh hoạt của các tế bào nuôi cấy trong môi trường HHĐH với các giá trị ORP thay đổi có thể được giải thích như sau. Sự chuyển động theo dạng sóng của các tế bào sợi xoắn spermatozoid và các tế bào Euglena sợi là hậu quả của sự tương tác giữa các phân tử ATP giàu năng lượng với các protein enzym CO bóp. Cơ chế vận động này mang tính vạn năng đối với các cơ, các tổ chức sợi và lông của các sinh vật có nhân chuẩn (eucaryotes). Độ linh động cùa các tế bào dạng xoắn và dạng lông phụ thuộc vào năng lượng được tạo ra trong các ty thể bao vây chặt các sợi co bóp trong thành phần cùa sợi xoan và lông. Nguồn năng lượng chính trong tế bào là quá trình chuyển hóa kỵ khí glucoza thành pyruvat và sau đó khử pyruvat thành lactat hoặc quá trình ôxy hóa hiếu khí pyruvat tới H 20 và C 0 2 trong chu kỳ Crebs. Quá trình sinh năng lượng hiếu khí trong tế bào được kiểm soát bởi các enzym của màng ty thể và cơ chất. Mức độ bình thường cùa quá trình hô hấp mô đuợc đặc trưng bởi tỳ so [pyruvat] : [lactat] = 1 : 20, tương ứng với giá trị ORP = -40 mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.). Theo số liệu dẫn ra trên bảng 3.2, thì chính các giá trị ORP của môi trường nuôi cấy này đảm bảo độ linh hoạt tốt của các đơn bào tảo E uglena và duy trì độ linh hoạt vừa phải của spermatozoid trung bình 25% cao hơn so với mẫu đối chứng. Sự dịch chuyển ORP cùa môi trường nuôi cấy khôi giá trị -40mV trong khoảng ± 350mV thực tế không ảnh hường đến khả năng chuyển động bình thường của tế bào sợi xoắn và tế bào dạng lông. Như vậy, trong khoảng ORP từ -400 -r +300mV các hệ sinh năng trong té bào thích nghi tốt đối với những biến đổi về cân bằng điện tử trong môi trường gian tế bào (vùng của các giá trị ORP hằng định). Tuy nhiên, nếu tăng ORP vượt quá giới hạn nêu trên, ví dụ, tại khoảng ORP từ +500 -r +600mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) có thể xuất hiện đinh dị thường về độ linh hoạt của các tế bào dạng xoắn liên quan tới quá tìn h huy động nguồn năng lượng dự trữ của tế bào. Điều đó giống như hiện tượng « hơi thở thứ hai » trong lĩnh vực sinh lý học thể thao (tình cảnh khi mà người vận động
C hư ơ n g 3. CÔNG NGHẸ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 121 viên đang ớ trong trạng thái cạn kiệt sức lực bỗng nhiên tìm lại được sức mạnh đc tiểp tục vượt lên và chiến thắng). Bảng 3.2. Các chỉ số độ linh hoạt của tảo Euglena (IM) và tinh trùng bò tan đông (J% so với mẫu đối chứng) phụ thuộc vào ORP của các môi trường HHĐH Hoạt hóa điện ORP, mV, Euglena, IM% Sperma bò, J% hóa (đ/c Ag/AgCI, KCI b.hT) < -500 0 0 1 J -200 -7 -500 - •I* C o o 0 Hoạt hóa catốt -180--220 100 0 -r 55 -150 T -160 100 95-í-110 0-Ỉ--130 100 1 1 6 -7 - 125 Không qua +220 -ỉ- +300 100 8 0 - ỉ - 105 hoạt hóa +260 -T +310 100 75 -T 102 +325 Ỷ +500 100 0 + 45 Hoạt hóa anốt D +520 T +600 o o C ro •I* o >600 0 •I- 0 Trạng thái ORP > +600mV đặc trưng cho các dung dịch cùa các chất ôxy hóa mạnh và có khả năng ức chế hoàn toàn quá trình sinh năng trong tế bào do sự khác nhau quá lớn giữa pha ôxy hóa và pha khử cùa các phán ứng sinh hóa. ORP cua các môi trường nuôi cấy có thế thay đối bằng cách xứ lý chúng bàng cặp kim loại ôxy hóa-khử, ví dụ, cặp Zn-Cu trong môi trường KDF. Khi thêm môi trường KDF vào cơ chất dinh dưỡng nhàm nuôi cấy vi khuẩn có thế đạt giá trị ORP trong khoáng -400 -r + 1.200mV (đ/c A g/A gCl. KCI b.h.). Tại pH = 6.0 -T 8.0 vi khuân có thể phát triển trên cơ chất dinh dưỡng với ORP trong khoảng từ 0 -T +800m V . Như vậy, vùng giá trị O R P thích hợp cho vi khuấn ph át triể n đ ư ợ c d ịch ch u y ể n về h ư ớ n g ô x y hóa. 3.1.3. Tác d ụ n g giai độc, gây độc té bào và kh á n g kh u â n cùa các d u n g dịch điện hỏa có hoạt tính n lìậ n diện tử (electronacceptor activity) T rong quá trình điện phân các dung dịch nước muối trong các bế điện phân có và không có màng ngăn, tại vùng anốt diễn ra quá trình tông hợp các axit bền cùng với các chất ôxy hóa chứa ôxy siêu hoạt
122 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu tính và giá bền có khả năng tác dụng lên cơ chất bằng nguyên tử ôxy siêu hoạt tính (O act). Nhờ đó các chất độc kỵ nước và các chất thải chuyển hóa kiểu RH được loại bỏ bằng một phàn ứng ôxy hóa đê tạo ra chất hydroxyl ưa nước, ít độc hại hơn và dễ dàng bị đây ra khói cơ thế bới các tổ chức bài tiết của cơ thể: RH + Oact -> ROH Các dung dịch anolit ANK sản xuất trên thiết bị STEL chứa các chất ôxy hóa già bền siêu hoạt tính với nồng độ 10 3 -ỉ- 10 2 mol/L. tương ứng với nồng độ clo hoạt tính [Cl]hi = 0,1 T 0,5 g/L. Trong khi đó, nhàm mục đích điều trị bệnh, các nhà y học đã từng sư dụng dung dịch hypoclorit (HPC) không hoạt hóa, có nồng độ (l,0 -rl,5 ).1 0 mol được điều chế trong bể điện phân không màng ngăn. D ung dịch HPC được truyền nhò giọt vào ven với thế tích khoáng 1L, khi đó phần nước cùa một cơ thể nguời lớn sẽ có một lượng HPC với nồng độ cỡ (2,4 T 3,6). 10 4 mol/L. Với nồng độ này HPC có chức năng nhu mội chất men mono oxydaza của gan và thế hiện tác dụng điều trị đối với bệnh thiếu chức năng gan. Nhưng đồng thời khi đó tính linh hoạt cùa các tế bào xoắn biệt lập cũng giảm xuống giá trị 0. Các dung dịch HPC với nồng độ cờ 10 3 mol/L có khả năng khứ trùng trung bình, gây keo tụ lớp màng trong ven trong quá trình dung dịch xâm nhập vào hệ thống ven nhỏ ngoại vi, ức chế hoàn toàn sự chuyến động cùa các tế bào xoắn. Dung dịch HPC với nồng độ cỡ 10 2 m ol/L có hoạt tính khử trùng tốt và có tính tương hợp đối với các tế bào thân, nhưnịỊ không có đũ hoạt lực đế sử dụng cho việc tiệt trùng các dụng cụ y tế cũng như rửa tay bác sỹ phẫu thuật. 3.1.4. K hả năng chống p h ó n g x ạ và hoạt tính sinh học của các d u n g dịch hoạt hóa điện hóa đoi với động vật th í nghiệm và động vật nuôi Chuột thí nghiệm dòng CBA được chiếu tia X với liều gây tử vong (LD95)- Nhóm đối chứng được cho uống nước không hoạt hóa. Nhóm thí nghiệm được cho uống nước catolit được điều chế từ nước ngọt với pH = 9,0 -r 9,4 và ORP = -450mV, (đ/c Ag/AgCl, KCI b.h.) (nhóm catolit), hoặc nước anolit được điều chế từ nước ngọt với pH = 3,1 -r 3,8 và ORP = +710 -r 750mV, (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.) (nhóm anolit). Nước uống được đưa vào buồng nuôi qua máng đặc biệt. Ket quả thử nghiệm được trình bày trên bàng 3.3 cho thấy catolit thế hiện rõ hoạt tính chống tia phóng xạ, trong khi việc uống anolit đã làm tăng tỉ lệ tử vong của chuột bị chiếu xạ lên tới 100%. Trong trường hợp cho chuột uống nước catolit, biến thiên ORP trong dịch mô cơ thể được dự đoán là khoảng vài chục m ilivon, có
Chương 3. CÔNG NGHỆ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 123 nghĩa là không đú đế có thế ngăn chặn hoàn toàn về mặt nhiệt động học các phản ứng sinh hóa ôxy hóa - khử do tia bức xạ tạo ra. Bảng 3.3. Ảnh hưởng của các dung dịch HHĐH lên khả năng sống sót của chuột CBA sau khi nhận được liều bức xạ tia X gây tử vong Nhóm chuột Mức độ từ vong Đõ tin cây của kết quả thi nghiệm sau khi chiếu xạ, (%) (P) Đối chứng 96 ±2 Nhóm Catolit 10 + 3 < 0,0001 Nhóm Anolit 100 < 0,05 Tuy nhiên, một dịch chuyên nhỏ của giá trị ORP cũnẸ có thề dẫn đến sự gia tăng đáng kể hoạt tính cho điện tử cùa các chất chống ôxy hóa nhờ chúng đã được chuyến về dạng khư giàu điện tử. Kết quà là trong cơ thế hình thành một nguồn dự trữ các chất chống ôxy hóa (các chất khư) có thế tác dụng lên các thành phần có khà năng nhận điện tử từ chính các chất khử đó. Như được mô tả ớ phần trên, yếu tố nhận điện từ của môi trường mô hoặc nội te bào từ các phân tử cho điện tử chính là ôxy hoạt tính, bình thường chiếm khoáng 2% tổng lượng ôxy cơ thế hấp thụ và khoảnạ 20% khi cơ thể làm việc ở cuờng độ cao. Ngoài ra, do tác dụng trực tiếp cùa ôxy lên cơ chất các chất lipoperoxit độc hại được tạo ra. Ket quà tính toán cho thấy tổng tín hiệu phông gốc tự do của môi trường mô cơ thể ớ điều kiện bình thường là cỡ l() h mol/L. Trong những điều kiện đặc biệt nồng độ các gốc tự do trong mô có thế tăng lên đến vài bậc. Các tế bào xôma biệt lập trong môi trường nuôi cấy tỏ ra nhạy cảm VỚI các chất ôxy hóa mạnh ớ nồng độ cỡ 10 ' mol/L. Các yêu tô bảo vệ protein trong dịch gian bào cũng làm tăng đáng kế sức đề kháng của tế bào đối với các tác nhân ôxy hóa gốc tự do. Hiệu quả chống gốc tự do trong cơ thê phụ thuộc vào hàm lượng tuyệt đối cùa các chất chống ôxy hóa và sụ cân bằng của toàn bộ hệ thống các chất chống ôxy hóa có nhiệm vụ thực hiện quá trình vận chuyến điện tử và proton đến các thành phần nhặn gốc tự do. Thành phẩn cuối cùng trong chuồi các chất chống gốc tự do là H- tocopherol (dạng khử của vitamin E, còn được gọi là « bẫy gốc tự do ») có trọng lượng phân tử là 153 Da và chứa trong các mô cơ thể có hàm lượng nước cao với nồng độ cỡ 6 -T 10 mg/L (4 -r 7). 10 s mol/L). Nhu cầu vitamin E của cơ thể mỗi ngày là khoảng 12 -r 15 mg/ngày
124 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu (9 .1 0 5 mol mỗi ngày), trong khi liều vitamin E điều trị là 50 -ỉ- 200 mg/ngày [(3-13). 10 4 mol/ngày]. Như vậy, lượng vitam in E cần thiết cho việc tạo nền chống gốc tự do trong cơ thể sống tương ứng nồng độ cùa nó là 10 5 -ỉ- 10 6 m ol/L ; nhu cầu vitamin E cho việc điều trị là khoảng 10 6 -T 10'1 m ol/ngày. Catolit được điều chế từ nước ngọt trên thiết bị STEL có pH = 9,0 -T 9,5 và ORP = -600 -í- -400 mV (đ/c Ag/AgCl, KC1 b.h.). Theo tính toán, nồng độ tổng các chất khử mạnh trong catolit Cred = 375 C/L: 96500 c/m o l = 4.10'3 mol/L. Nếu tính đến hiệu suất điện phân, trong thực tế Cred = 2 .1 0 3 mol/L. Nghĩa là, nếu bệnh nhân mỗi ngày uống 0,5L nước catolit, sẽ nhận được một khối lượng chất cho điện tử tương đương 1.10'3 mol/L. Bảng 3.4 đưa ra liều lượng điều trị của catolit dùng trong một ngày so sánh với liều lượng các chất chống ôxy hóa được sử dụng cho người lớn. Từ số liệu bảng trên 3.4 có thể thấy tổng các hạt cho điện từ siêu hoạt tính trong suất liều điều trị của catolit lớn hơn từ 1 + 7 bậc so với suất liều sinh lý cũng như suất liều điều trị của (3-caroten, oc-tocopherol và vitamin c. Bảng 3.4. Liều lượng hàng ngày của các chất chống ôxy hóa được sử dụng để điều trị đối với bệnh nhân lớn tuổi Trọng lưọmg Liều lượng sử dụng Chất chóng ôxy hóa phản từ, Da mg/ngày mol/ngày Catolit hoạt hóa (liều điều trị) - - 1.103 p-caroten (vit. A) (liều sinh lý) 150 1,5 1.10 5 a-tocopherol (vit. E) 153 12 - 15 9.10 5 (liồu sinh lý) a-tocopherol (liều điều trị) 153 50 - 200 (3-Ỉ-13). 10"5 Vitamin c 176 5 0 -1 0 0 (3-6).1 0 4 (liều sinh lý và điều trị) Vì vậy ở các động vật thí nghiệm cũng như động vật chăn nuôi được tiếp nhận cato lit dưới dạng nước uống có thể thấy hệ miễn dịch và quá trìn h hợp hóa (anabolism ) được cải thiện, khả năng kháng viêm nhiễm và chống phóng xạ được nâng cao. K ích thước không lớn của các clastơ cato lit tạo điều kiện thuận lợi để chúng khuếch tán qua các rào cản sinh học một cách dễ dàng.
C hư ơ n g 3. CÔNG NGHỆ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 125 Các biến thiên ORP vừa phái của các môi trường nước trong cơ thê theo hướng các giá trị khử đu cho việc nâng cao hoạt tính cùa các chất c h ố n g ô x y hóa nội sinh cũ n g như ngoại sinh, nhưnẸ kh ôn g đủ đế có thể ảnh hường đến chúc năng cùa các enzym hô hấp. Sự ức chế quá trình hô hấp cùa mô chi xuất hiện khi biến thiên ORP đạt giá trị ± 350mV so với vùng giá trị tối ưu. Trường hợp dịch chuyển ORP này có ý nghĩa quan trọng đối với các bệnh nhân có bệnh lý gan. C atolit trong quá trình ngấm qua dạ dày và ruột được pha loãng trong dòng máu tuần hoàn của gan theo tỉ lệ v/v « catolit : máu = 1 : 10 ». Trong điều kiện đó biến thiên ORP trong mô gan có thế vượt ra ngoài giới hạn được phép. Đáng chú ý là trong phác đồ điều trị bệnh gan mãn tính và cấp tính bằng catolit các nhà khoa học thuộc Trung tâm Y học « Espero »-Tashkent đã khuyến cáo sử dụng suất liều 1,0 -T l,3m l/kg.ngày catolit được điều chế trên thiết bị STEL với pH = 9,0 và ORP = -400 mV (đ/c A g/A gCl, KC1 b.h.), cho một đợt điều trị 10 T 15 ngày. Rõ ràng liều lượng này không tạo nguy cơ vượt quá giá trị ORP âm cho phép trong môi trường gan bệnh lý. A nolit ANK điều chế trên thiết bị STEL đã được Trung tâm Y học « Espero » sứ dụng làm thuốc uống trong chăn nuôi và trong một số thí nghiệm lâm sàng. Ket quả cho thấy anolit có thể điều trị các bệnh đường ruột với hiệu quà cao. 3.1.5. Các d u n g dịch hoạt hóa (tiện hóa - định hư ớ n g chiến lược trong kh o a học hiện đại về k h ử trùng Xu hướng phát triển của các hóa chất khử trùng trong những năm cuối thế kỷ XX không phải là tạo ra các chế phẩm khư trùng mới, mà là tìm kiếm các biện pháp hoạt hóa các phương tiện khứ trùng đang đuợc sử dụng. Chẳng hạn, cách đây không lâu để tiệt trùng và khử trùng ở cấp độ cao người ta thường sử dụng hydroperoxit dưới dạng (Jung dịch 6%, nhưng nhàm giầm thiẻu khá nang an mòn dòng thời vẫn duy trì hoạt tính sát trùng cao hoặc thậm chí cao hơn, ngày nay người ta tìm ra công nghệ cho phép sứ dụng hydroperoxit dưới dạng hơi hoặc plasma khí. Tóm lại, sự hoạt hóa các chất khử trùng hóa học là nhằm tới việc thiết lập các chế độ công nghệ cho phép sử dụng nồng độ tối thiếu cùa hoạt chất nhưng vẫn đạt hiệu quà khừ trùng cao, trong khi hoạt tính ăn mòn đối với vật liệu và tác dụng độc hại đối với sức khỏe con người được duy trì ở mức tối thiểu. Đe đánh giá hiệu lực khử trùng có thê sừ dụng khái niệm tích cùa nồng độ hoạt chất (C) và thời gian tác dụng (t), được gọi là «yếu tố Ct». Đối với các dung dịch HHĐH yếu tố Ct thường thấp hơn so với các dung dịch không hoạt hóa trong điều kiện hiệu ứng khử trùng như nhau.
126 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu CÓ thế nói, các dung dịch HHĐH đáp ứng tốt nhất các yêu cầu mà phương pháp tiếp cận hiện đại đòi hỏi. Ket quà nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng trong dung dịch HHĐH anolit có thế đồng thời tồn tại một số hợp chất không thế có đirợc nếu xét theo quan điếm nhiệt động học hóa học không cân bàng. Đó là ôzon, axit hypoclorơ, hypoclorit ion, điôxit clo và clo. Anolit và catolit tống hợp bàng phương pháp điện hóa được coi là hoạt hóa chỉ trong giai đoạn phục hồi từ trạng thái giả bền về trạng thái cân bằng. Hoạt tính sinh học cùa anolit được đánh giá theo khả năng diệt khuẩn, trong khi hoạt tính của catolit được đánh giá dựa trên khả năng tẩy rửa và tách chiết cùa nó trong các quá trình công nghệ khác nhau, ví dụ như quá trình loại bỏ các lớp màng protein máu bám trên bề mặt các sợi rỗng của thiết bị điện thấm tách dùng trong chạy thận nhân tạo, các lớp mỡ và protein trên bề mặt các máy nội soi. Thế hóa của các phân tử và ion trong dung dịch HHĐH cao hơn nhiều so với dung dịch không hoạt hóa. Độ khoáng hóa thấp và khả năng hydrat hóa cao của dung dịch dẫn đến làm tăng khả năng thấm thấu qua thành và màng tế bào vi khuấn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyến thấm thấu và điện thấm thấu các chất ôxy hóa vào môi trường bên trong tế bào. Quá trình vận chuyến thấm thấu các chất ôxy hóa qua thành và màng tế bào vi khuẩn diễn ra dễ dàng hơn nhiều so với trường hợp tế bào xôm a bời sự khác biệt đáng kê về gradient áp suất thẩm thấu của các tế bào này. Tốc độ vận chuyển chất ôxy hóa qua màng tế bào vi khuẩn còn được gia tăng đáng kê nhờ các hạt vi bọt khí mang điện tích được tạo ra trong quá trình điện phân tạo ra điện trường cực mạnh và không đồng nhất tại khu vực tiếp xúc với các polym e sinh học. Khác với các loại chế phẩm truyền thống như glutarandehit, fomandehit, cloramin, natri hypoclorit, diclor-iso-xianurat, percacbonic a x it, c á c hợp ch ât am on i b ậc IV , c á c h ợ p ch ât k im lo ạ i n ặn g và c á c ch âl khử trùng tồng hợp khác (xem bàng 2.8, chương 2), các thành phần hoạt động trong anolit ANK không phải là những chất lạ ngoại lai (xenobiotic) do đó không gây tác dụng xấu lên cơ thể con người và động vật máu nóng. Các thành phần hoạt tính trong dung dịch ANK là những hợp chất peroxit vô cơ có thời gian sống ngắn, có thể được chính cơ thế người và động vật máu nóng tổng hợp bằng các men hoạt hóa đặc biệt và tham gia vào các quá trình trung hòa các chất độc và lạ trong cơ thê (quá trình thực bào). Hỗn hợp giả bền của các peroxit được tạo ra trong các phản ứng sinh điện hóa trong cơ thể con người là phương tiện diệt vi sinh hiệu quả nhất trong số các phương tiện đã được biết, bởi vì chúng có khả năng tác động cùng một lúc lên nhiều chức năng quan trọng của vi sinh vật.
C hư ơ n g 3. CÔNG NGHỆ HOẠT HỐA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 127 Các dung dịch HHĐH thân môi trường kiểu như AN, AND, ANK có thời gian sống đủ dài đê có thế thực hiện quá trình khử trùng và sau đó tự phân húy không tạo thành các chất nẹoại lai độc hại, do đó không đòi hỏi phái trung hòa trước khi đố vào hệ thống kênh thái. Hiệu lực khử trùng của các dung dịch anolit điều chế trên thiết bị STEL có thế thấy rõ khi so sánh yếu tố Ct là tích của nồng độ chất ôxy hóa và thời gian phơi nhiễm của chúng với Ct của dung dịch natri hypoclorit thu nhận trên thiết bị « Kront-Umem » do Uzebkistan chế tạo trong điều kiện kết quả khử trùng như nhau (bảng 3.5). Ket quà cho thấy dung dịch ANK cho yếu tố Ct nhỏ hơn nhiều lần so với dung dịch hypoclorit. Tuy nhiên sự khác biệt đó giám đáng kê khi đối tượng xử lý có tải hữu cơ lớn. Bang 3.6 được thiết lập trên cơ sờ các số liệu thực nghiệm do một số công ty nước ngoài (Mỹ, Anh và Cộng hòa Nam Phi) thực hiện nhằm đánh giá hoạt tính khử trùng cùa các dung dịch anolit được điều chế trên thiết bị STEL đổi với các loài vi khuẩn khác nhau. Đó là các phòng thí nghiệm thuộc: 1. Electrochemical Technologies Ltd. (Mỹ) 2. Radical Waters (Mỹ) 3. University College London Hospitals (Anh) 4. Battelle (Nam Phi). Bảng 3.5. So sánh các yếu tố Ct của các dung dịch anolit được điều chế trên thiết bị STEL và dung dịch hypoclorit natri được điều chế trên thiết bị “Kront" để khử trùng đối với những trường hợp nhiễm bệnh do vi khuẩn (trừ bệnh lao) Loại dung dịch khử trùng Anolit AN Anolit ANK NaCIO (“ Kront” ) rhời gian tác dụng, phút rhời gian tác dụng, phút rhời gian tác dụng, phút _| _Ị ct X 103, mg/phút.L Nồng độ, mg/L Nồng độ, mg/L Nồng độ, mg/L '3 '3 Đôi tượng khứ trung Q. Q. ơ> ơ> E E n n X X 5 Õ Dụng cụ y học 300 60 18 200 60 12 2.500 60 150 Bát đĩa còn thừa thức ăn 500 60 30 200 360 72 2.500 60 150 Quần áo dính máu 300 180 48 200 180 36 5.000 60 300 Số liệu dẫn ra trong bảng 3.6 cho thấy các loài vi khuẩn khảo sát có các chỉ số kháng anolit rất khác nhau, trong đó các loài vi khuấn bào từ thể hiện sức đề kháng cao nhất, đồng thời sự có mặt các chất hữu cơ trong
128 Nguyên Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu dung dịch làm giảm đáng kể hoạt tính khử trùng của anolit. Với nồng độ ANK 300 mg/L mật độ bào tử B. subtilis ATCC 19659 giam 7 bậc sau nửa phút phơi nhiễm, nhưng khi có mặt tái hữu cơ mật độ vi khuẩn chi giảm được một bậc mặc dù yếu tố Ct đã được tăng lên 20 lần. Phân tích động học của quá trình ức chế vi khuẩn dưới tác dụng cùa anolit trong điều kiện có và không có tải hữu cơ đã chi ra rằng quá trình phá hủy tế bào vi khuẩn chù yếu diễn ra ở 5 phút đầu phơi nhiễm, đồng thời hiệu quả khử trùng của anolit phụ thuộc vào nồng độ clo hoạt tính và tải lượng hữu cơ. Vì vậy việc gia tăng giá trị Ct khi có mặt các chất bẩn hữu cơ bàng cách tăng thời gian phơi nhiễm là biện pháp không hiệu quả đế xử lý các đối tượng ô nhiễm bởi các chất hữu cơ. Nhưng bàng cách tăng nồng độ anolit và nhiệt độ của nó chúng ta có thế tăng hiệu quá khứ trùng lên đáng kế khi có mặt tải hữu cơ. Ảnh hưởng cúa lượng tải hữu cơ lên hoạt lực khử trùng của anolit so sánh với chất khử trùng truyền thống chứa hydroperoxit 6% và 0,5% chất hoạt động bề mặt trong điều kiện có và không có mặt tải hữu C 0 được mô tả trên hình 3.1. Có thể thấy sự có mặt cùa chất hữu cơ làm cho hoạt lực của anolit giảm mạnh và đại lượng thời gian không còn ý nghĩa trong yếu tố Ct. Bảng 3.6. Sức đề kháng của một số loài và chủng vi sinh vật dưới tác động của anolit ANK và AN dựa trên số liệu thực nghiệm được thực hiện tại một số phòng thí nghiệm tại Mỹ, Anh và Nam Phi Thời gian phơi nhiễm, ồng đ các chắt ôxy Tên các loài và phút H quả kh trùng, log, không nhò hơn Nguồn thông tin chủng vi sinh vật Tải hữu cơ, % X hóa, mg/L g ử phút Y u tố ct, m o X £ a ộ iệu ế N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Vi khuấn Gram dưong không tạo bèo từ L. monocytogenes 10 1 10 0 20 7,1 9 1 ATCC19113 8 3 24 0 20 3,1 9 1 S. aureus 10 1 10 0 20 7,0 8 1 ATCC6538 200 10 2.000 5 20 7 7 2 Ent. faecalis 35 0,5 17,5 0 20 7 7 2 ATCC29212 200 5 1.000 5 20 7 7 2
C h ư ơ n g 3. CÔNG NGHỆ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 129 S. aureus 150 0,5 75 0 20 6,7 6 3 kháng methycilin 150 20 3.000 5 20 6,7 6 3 Nắm C. albicans 150 1 150 0 20 6,5 5,2 3 150 5 750 5 20 6,5 5,2 3 Vi khuẩn Gram âm không tạo bào tử s. typhimurium 2 1 2 0 20 2,9 8 1 ATCC14028 4 1 4 0 20 6,9 8 1 E. coli 2 6 12 0 20 6,8 8 1 ATCC 43895 6 1 6 0 20 6,8 8 1 8 1 8 0 20 2,9 8 1 Nấm kháng axit (mycobacteria) M. avium 144 2 288 5 20 5+5,6 5 3 NCTC 19437 M. chelonei 144 2 288 5 20 5^5,6 5 3 chủng lâm sàng M. xenopi 144 2 288 5 20 5-5,6 5 3 NCTC 10042 M. smegnatis 144 2 288 5 20 5-5,6 5 3 NCTC 815 Bào tử B. subtilis 300 3 900 0,1 20 7,8 7 1 ATCC 19659 300 5 1.500 1 50 7,8 1 1 B. 300 12 3.600 0 20 7,8 1 stearothermophilis Không 300 8 2.400 0 30 7,8 mọc 1 ATCC 7953 B. 300 5 1.500 >1 20 7,8 1 1 stearothermophilis 300 6 1.800 >1 40 7,8 Không 1 ATCC 12980 300 3 900 0 50 7,8 mọc 1 B. anthracis 350 1 20 7,8 3 1
130 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu T h ờ i g ia n x ử lý, p h ú t Hình 3.1. Động học của quá trình ức chế vi sinh vật dưới tác dụng của anolit ANK có nồng độ khác nhau so sánh với dung dịch chứa 6% hydroperoxit và chất hoạt động bề mặt trong điều kiện có và không có tải hữu cơ (huyết thanh bò, 1%): 1) Anolit ANK 200 mg/L, không có tải hữu cơ; 2) Anolit ANK 500 mg/L, không có tải hữu cơ; 3) 6% H20 2 + 0,5% chất hoạt động bề mặt, không có tải hữu cơ; 4) Anolit ANK 500 mg/L, có tải hữu cơ; 5) 6% H20 2 + 0,5% chất hoạt động bề mặt, có tải hữu cơ 3.1.6. M ột số két quả ú n g dụng anolit A N K trong các cơ sử y tế Neu phân tích một cách có hệ thống các văn bán chính thức về các p h ư ơ n g tiệ n k h ử trù n g , c ó th e d ễ d à n g n h ậ n ra r a n g c h ỉ c ó k h o ả n g từ 5 -r 6% tất cả các chế phẩm thuốc (khoảng 450 loại) được đăng ký tại LB Nga là có tính vạn năng, nghĩa là có phố hoạt tính kháng vi sinh vật rộng (vi khuẩn, vi khuẩn kháng axit mycobacterium, virus, nấm, bào tử, trong đó có những loài gây bệnh nguy hiếm như viêm gan, uốn ván, bệnh nấm Candida, nấm da, vi khuẩn mù xanh hình que, các loài virus gây bệnh bò điên, H 5 N 1 , SARS...). Tuy nhiên, tất cả các chế phẩm thuốc có phổ tác dụng rộng này, xét theo cấp độ độc tố, đều thuộc nhóm II và III, nghĩa là có độc tính cao và trung bình xét theo thang 4 điểm, theo tiêu chuấn GOST 12.1 007-76 [93]. Các dung dịch HHĐH anolit sản xuất trên các thiết bị STEL đều thuộc nhóm độc tố cấp IV, nghTa là ít nguy hiếm. Một ví dụ minh họa: ớ cấp độ
C hư ơ n g 3. CỔNG NGHỆ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 131 độc tính cấp IV, để có thề làm chết một người bình thường cần phải cho người đó uống ít nhất 700L dung dịch ANK. Một tính chất hết sức đặc biệt của anolit ANK, khác với tất cả các chế phẩm bền hóa học, là các vi sinh vật không có khả năng nhờn thuốc đối với các dung dịch ANK. Điều đó cho phép sử dụng chúng cho việc khư trùng kéo dài hàng nhiều năm, trong khi hiệu lực khử trùng của chúng hầu như không thay đổi. Các thành phần hoạt động trong anolit ANK là hỗn hợp cùa các hợp chất chứa clo ôxy (HCIO, ion hypoclorit ion C IO , gốc hypoclo CIO ’, điôxit clo C 102) và hỗn hợp của các hợp chất peroxit (HO*, HO 2 , 'Ơ 2 - phân tử ôxy liên kết đơn, O 2 - peroxit anion, ôzon, o*- ôxy nguyên tứ đơn, H20 ‘ - anion phân tử nước (gọi là exiton), H 3 Ơ 2 + - cation peroxonia, o - anion ôxy nguyên tử). Tất cà những chất này đều hiện diện trong môi trường bên trong cơ thể sống, bởi vì cơ sở của quá trình thực bào được dựa trên sự tổng hợp các chất tương tụ từ trong huyết tương. Tác động kết hợp của các chất hoạt động này làm cho vi sinh vật không thể thích nghi được với tác dụng khử trùng cùa anolit ANK, đồng thời nồng độ nhỏ cùa các hoạt chất chứa ôxy và clo đã đàm bào tính an toàn đối với sức khỏe con người và môi trường trong quá trình sử dụng lâu dài. Trong quá trình làm khô dung dịch anolit các chất hoạt động sẽ thăng hoa, do đó quần thề vi sinh không còn điều kiện tiếp xúc. Anolit ANK là một tác nhân sát trùng vạn năng, có thể được sử dụng cho việc khứ trùng, tiền tiệt trùng và tiệt trùng, cũng nhu làm vệ sinh các phòng và dụng cụ trong các cơ sở y tế, hoặc làm thuốc chữa các bệnh ngoài da, điều trị các vết thương mưng mù lâu lành. Tống hàm lượng các chất ôxy hóa trong dung dịch anolit ANK thường trong khoảng từ 50 -7 500 mg/L tức là cỡ 10 lần nhỏ hơn so - với đa số các chế phẩm khử trùng hiện đại. Nhờ có cấu trúc xốp nên anolit ANK dễ dàng xâm nhập vào các kênh vi mô của các vật thể sống và không sống. Tính hoạt hóa điện hóa của dung dịch anolit ANK có thể mô tả bang một thí nghiệm đơn giàn như sau: Lắc thật mạnh vài lần một thể tích dung dịch ANK vừa mới được điều chế rồi tiến hành đánh giá khả năng khử trùng của dung dịch, kết quả sẽ cho thấy khả năng diệt bào tử của nó giảm xuống đáng kể. Đó là vì đã xảy ra phản ứng trung hòa giữa các chất giả bền chứa clo ôxy và các chất hydroperoxit có mặt trong dung dịch ANK. Đó là các quá trình tương tác giữa axit hypoclorơ với hydrogen peroxit (HCIO + H 20 2 — 0 2T + HC1 + H 20 ) >
132 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu hoặc hydrogen peroxit với ôzon (H 2Oị + O 3 — H 2 O + 2 0 2T) và một > loạt các phản ứng khác. Tuy nhiên, trong điều kiện bào quản bình thường (không bị lắc mạnh) dung dịch anolit ANK điều chế trên thiết bị STEL-1 ON-120-01 có thế duy trì hoạt tính kháng bào tử trong thời gian 5 ngày trong khi các thành phần hoạt tính chủ yếu chuyển dần thành ion hypoclorit và cuối cùng là NaCl quen thuộc. Sự đồng tồn tại trong một thời gian dài (5 ngày đêm) cùa các hoạt chất đối kháng nhau trong dung dịch HHĐH liên quan đến tính chất đặc thù của quá trình tổng hợp chúng trong buồng phản ứng PEM-3 (và MB-XX-XX sau này) cùa thiết bị STEL và phụ thuộc mạnh vào nồng độ của các chất điện ly trong dung dịch, nghĩa là vào mức độ khoáng hóa cùa dung dịch. Trong buồng phản ứng điện hóa của thiết bị STEL các sán phấm hoạt tính cao của các phản ứng điện hóa sẽ tương tác với các phân tử nước để tạo ra các phức phân tử với liên kết hydro. Các sản phẩm phức này bao gồm không chi các phân tử ở trạng thái bền, mà cả các ion, các gốc tự do và các phân tử ở trạng thái kích thích mà sau đó thủy phân đế trở thành các phức nước (aquacomplex) trung hòa điện tích. Sự gia tăng độ bền cùa các phức nước và sự suy giảm mật độ điện tích cùa ion trung tâm càng đáng kể khi độ khoáng hóa của dung dịch càng nhỏ. Yếu tố quan trọng của quá trình điều chế dung dịch hoạt hóa là phải đảm bảo sao cho quá trình hydrat hóa các hợp chất mang điện tích cao vừa mới hình thành được xảy ra ngay trong vùng khuếch tán cùa lớp điện kép trên điện cực, nghĩa là tại khu vực có cường độ điện trường có thể đạt tới triệu v/cm. Trong trường hợp đó cấu trúc cùa dung dịch đuợc thay đổi có định hướng một cách hiệu quả nhất: tại anốt dung dịch tạo ra cấu trúc nhận điện từ, còn tại catốt - cấu trúc cho điện tử. Lúc này các sản phẩm giả bền mang điện tích cao được hình thành và được các lớp hydrai baơ vây xung quanh không cho phép clằiing liến lại gàn đẻ trung hòa lẫn nhau. Như vậy, một hệ thống tụ cân bằng của các thành phần có hoạt tính cao đã được hình thành trong dung dịch ANK, trong đó nước giữ vai trò môi trường cho phép thay đối tốc độ cùa các quá trình ôxy hóa khử xúc tác với sự tham gia của các thành phần đã được hoạt hóa điện hóa. Anolit ANK bắt đầu được ứng dụng tại các cơ sở y tế điều trị và phòng bệnh kể từ cuối những năm 80 thế kỷ XX. Hiện tại tại các bệnh viện lâm sàng và các cơ sở y tế của LB Nga có khoảng 35000 thiết bị STEL hoạt động với công suất khác nhau. Ngoài nuớc Nga và một số nước SNG, các thiết bị STEL còn có mặt tại nhiều quốc gia khác như Mỹ, Anh, Nhật Bản, Cộng hòa Nam Phi, Brazil...
C hư ơ n g 3. CÔNG NGHẸ HOẠT HỎA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỰNG 133 Tại các cơ sở y tế nêu trên anolit ANK được dùng để khử trùng các phòng, các bề mặt, đồ gỗ, quần áo, bát đĩa, phương tiện lao động, các thiết bị y học (kế cả các dụng cụ nội soi). Chế phẩm được sử dụng trong tất cả các khu vực quan trọng cúa các cơ sớ điều trị-phòng bệnh, bao gồm khu vực phẫu thuật, nhà hộ sinh, các khu vực thay băng, hồi sức, điều trị các bệnh sinh mù-hoại tử, các bệnh viêm nhiễm, các không gian phụ trợ như văn phòng, hành lang, nhà vệ sinh... Các dung dịch ANK còn được sử dụng làm thuốc chữa trị các tổn thương ngoài da và khử trùng các nguồn nước thải ô nhiễm, đặc biệt là nước thài từ bệnh viện. Tuy nhiên, việc ứng dụng anolit ANK còn gặp một số hạn chế liên quan đến tái lượng chất hữu cơ có mặt trong đối tượng xứ lý và hoạt tính ăn mòn cao của dung dịch ANK (trong trường hợp đó phải đưa thêm chất phụ gia chống ăn mòn). Kinh nghiệm trên 20 năm ứng dụng anolit ANK trong khử trùng cho phép rút ra một số nguyên tắc chung về cách thức khử trùng bằng các dung dịch anolit ANK. Chi phí dung dịch anolit khi lau chùi các bề mặt là 400 ml/m2; lau 2 lần và mỗi lần cách nhau 15 phút, sử dụng nồng độ clo hoạt tính 200 ppm, trong trường hợp nguy cơ ô nhiễm cao là 500 ppm. Tổng tiêu hao dung dịch anolit ANK trong các bệnh viện được xác định là khoảng 3L tính cho một giường bệnh. Hoạt tính khứ trùng vạn năng cùa dung dịch anolit ANK đã cho phép thay thế 90 4- 99% các chất khứ trùng truyền thống tại các cơ sở y tế cùa nước Nga (theo số liệu công bố của các Bệnh viện Lâm sàng Quốc gia GKB N°15, GKB N°40, GKB N"52, Tp. Matxcơva), trong đó mật độ vi khuẩn gây bệnh trong các khu vực khác nhau trong bệnh viện đã giảm từ 1,7 4- 9,6 lần so với trước đó. Tỉ lệ bị bệnh viêm gan A trong số những bệnh nhân từng điều trị tại bệnh viện đã giảm từ 0,15% xuống 0,08% sau một số năm sử dụng thiết bị STEL. Các chúng vi khuẩn kháng thuốc không còn được phái hiện trong các bệnh viện co sứ dụng anolit ANK thay thế các chế phâm khứ trùng phô thông. Hình 3.2 mô tả động học cùa tý phần ANK trong tổng khối lượng các chất khứ trùng và tỷ số bệnh viêm gan B trong số các bệnh nhân đã từng điều trị tại Bệnh viện GKB N°15 trong giai đoạn từ 1992 đến 2003. Số liệu dẫn ra cho thấy tốc độ thay thể các chất khử trùng phổ thông bằng anolit ANK tại Bệnh viện GKB N°15 diễn ra rất nhanh: năm 1992 khối lượng dung dịch ANK mới chiếm 30% trong số chất khử trùng, nhưng đến năm 1994 đã đạt 92% và đến năm 2000 thì hầu như toàn bộ số lượng chất khử trùng đã được anolit thay thế. Đồng thời sau 20 năm áp dụng công nghệ HHĐH hiện tượng lây chéo trong bệnh viện (thể hiện qua số bệnh nhân viêm gan B) đã giảm từ 0,45% xuống
134 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhír, Ngô Quốc Bưu còn 0,02%. Một trong những thiết bị H H Đ H STEL chuyên sản xuất dung dịch anolit ANK với nồng độ clo hoạt tính từ 200 -r 500ppm được trình bày trên hình 3.3 cho thấy mặc dù thiết bị có công suất tương đối lớn, 1.000 L/h dung dịch ANK, nhưng chi chiếm một không gian rất nhó. Anolit ANK dễ dàng tiêu diệt các mầm bệnh do vi khuẩn, virus và nấm gây ra như s taphylococca, vi khuân hình que mủ xanh, Salmonella, vi khuẩn gây bệnh nấm ngoài da... Bảng 3.7. Hiệu quả khử trùng đối với tổng vi khuẩn hiếu khí trong bệnh viện của anolit ANK so sánh với dung dịch khử trùng chứa clo có cùng nồng độ clo hoạt tính Cơ sờ điều trị Chất khử trùng chứa clo Anolit ANK Số lần Mật sé lần Mật lấy độ % mọc lấy độ % mọc mau mọc, mau mọc, thừ* cfu/ml thử cfu/ml Bệnh viện GKB N°1 10.706 22 0,205 10.917 14 0,13 Bệnh viện GKB N°2 6.527 63 0,97 6.527 77 0,64 * Số liệu thực nghiệm thu được bằng cách dùng tăm bông lay mầu trên bề mặt đoi tượng xử lý khử trùng và chuyến vào môi trường nuôi cây đê sau đó tiến hành đếm số khuân lạc mọc. 1992 1993 1 9 0 4 m ỉ im 1»»7 m i 1999 2000 2001 20 0 2 2 0 0 ] Hình 3.2. Tì lệ bệnh viêm gan B (đường cong dưới) trong số các bệnh nhân đã từng điều trị tại Bệnh viện GKB N°15, phụ thuộc vào tỷ phần anolit ANK được thay thế (đường cong trên)
C hư ơ n g 3. CỔNG NGHẸ HOẠT HÓA ĐIỆN HÓA TRONG ỨNG DỤNG 135 Hình 3.3. Thiết bị STEL chuyên sản xuất dung dịch anolit ANK, công suất 1000 Ưh, được lắp đặt tại Bệnh viện GKB N°15 Bang 3.7 đánh giá hiệu qua khử trùng cua anolit ANK đối với tông vi khuân hiếu khí trong một số bệnh viện ớ M atxcơva so sánh với dung dịch khứ trùng chứa clo có cùng nồng độ. Kết quá cho thấy anolit ANK cho hiệu qua khư trùng cao hơn đáng kề so với chất khư trùng chứa clo truyền thống. T rong những năm gần đây, thiết bị STEL được cai tiến thành nhiều kiêu mới trong đó đáng chú ý hơn cá là STEL-ANK và STEL- ANK-PRO. Chăng hạn, anolit ANK thu nhận trên thiết bị STEL-ION- 120-01 tại cùng một nồng độ chất ôxy hóa từ 200 -f 500 mg/L có độ khoáng hóa từ 2 -r 5 g/L, trong khi anolit ANK thu nhận trên thiết bị kiêu STEL-ANK tại cùng khoáng nồng độ chât ôxy hóa chi có độ khoáng hóa từ 0,5 -r 2,0 g/L. Độ khoáng hóa nho làm giám hoạt tính ăn m òn củ a (liin £ d ịc h A N K tr o n g khi h o ạ t tín h k h ư tr ù n g tă n g lên nhờ quá trình vận chuyên thâm thấu của các chất hoạt động vào bên trong vi sinh vật được tăng cường mạnh mẽ. Ngoài ra, anolit ANK nhận được trên thiết bị STEL-ANK có khá năng duy trì hoạt tính khư trùng lâu dài hơn (đến 7 ngày) là do dung dịch nước đầu vào đã được làm sạch tốt hơn khói các ion kim loại nặng trong quá trình điều chế anolit ANK trên thiết bị kiểu STEL-ANK. Thiết bị kiểu STEL-A N K -PRO có kha năng điều chế anolit ANK với nồng độ khoáng hóa không vượt quá 1 g/L, nghĩa là tương đương với nông độ muôi có trong nước uống, trong khi hàm lượng các chất ôxỵ hóa đạt 500 m g/L. Dung dịch anolit ANK sản xuất trên thiết bị kiêu STEL-A N K -PRO có thê được sử dụng đẽ khử trùng với hiệu quá cao các khu vực chôn cất súc vật bị dịch bệnh, xứ lý các bãi rác, các
136 Nguyễn Hoài Châu, V.M. Bakhir, Ngô Quốc Bưu không gian nơi công cộng như trường học, trại giam, phương tiện giao thông vận tải v .v ... Các chi sổ kinh tế-kỹ thuật của thiết bị STEL-10N-120-01 đã được sử dụng trong các cơ sở y tế Các chỉ số kinh tế kỹ thuật của thiết bị ST E L -10N -120-01 được tính toán dựa trên các số liệu được cung cấp bởi các bệnh viện thuộc tinh Sam ara - là một trong những nơi công nghệ HHĐH được đưa vào áp dụng sớm nhất. Cơ sở y tế của tỉnh Sam ara gồm 300 bệnh viện phòng-chữa bệnh với hơn 25.000 giường. V iệc tiến hành các biện pháp phòng ngừa trong điều kiện bệnh lao và HIV ngày càng trở nên phổ biên đòi hỏi chi phí ngày càng lớn để trang bị các phương tiện khử trùng. Theo số liệu công bố, phần chi phí cho việc m ua các chế phâm khử trùng chiếm khoảng từ 8 -ỉ- 10% tổng chi phí thuốc. Phân tích cơ cấu sử dụng các phương tiện khừ trùng tại các bệnh viện của tỉnh Sam ara những năm gân đây chỉ ra răng các chê phâm khừ trùng chù yếu là các chế phẩm chứa clo đuợc sản xuất ớ trong nước như clorua vôi, cloram in, hypoclorit. Tỷ phần cúa các chế phâm này chiếm 60 -r 80% tổng số các chất khử trùng được sử dụng. Việc sử dụng các chất khử trùng mới không chứa clo thục tê không được xem xét, do giá đắt. Bởi vậy việc sử dụng các dung dịch hoạt hóa điện hóa thay thế các chất khử trù n g tru y ền thống là m ột giải pháp cân thiêt. Các thiết bị ST E L thuộc loại công nghệ cao, bời lẽ chúng hoạt động ở chế độ dòng ch ảy , có khả năng kiểm soát và điều chỉnh các tham số quá trìn h công nghệ. Đ ối với các th iết bị này có thể áp dụng các phương pháp tính toán chi số kinh tế-kỹ thuật (K T -K T ) thường được sử dụng trong công nghệ hóa học. Tại các bệnh viện cùa tỉnh Sam ara. kể từ năm 1994 các dung dịch anolit ANK sản xuất trên thiết bị ST E L đã được sử dụng để khử trùng các bề m ặt, các dụng cụ y học bàng nhự a, cao su, đồ dùng phòng thí nghiệm , quần áo bệnh viện. Tuy nhiên anolit ANK đã không được sử dụng cho việc khứ trùng các thiết bị và vật dụng kim loại do tính ăn mòn cao của nó. Trong các bệnh viện này hiện có khoảng 100 thiết bị STEL hoạt động với công suất từ 20 -r 250 L/h, tuỳ thuộc vào quy mô và nhu cầu của mồi đơn vị. Bảng 3.8. đưa ra nhu cầu anolit tại một số bệnh viện điến hình phụ thuộc vào chức năng của mỗi cơ sờ phòng - chữa bệnh, trong đó có thể thấy khối lượng anolit được sừ dụng nhiều nhất tại các khu vực ngoại khoa m ở rộng và khu vực biệt hóa điều trị bệnh lao.