Luận văn Thạc sĩ Sinh học ứng dụng: Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp sinh học định hướng ứng dụng trong kiểm soát vi khuẩn gây nhiễm trùng bệnh viện

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học ứng dụng: Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp sinh học định hướng ứng dụng trong kiểm soát vi khuẩn gây nhiễm trùng bệnh viện được thực hiện với mục tiêu nhằm tổng hợp chế phẩm nano bạc bằng phương pháp sinh học để ứng dụng chế phẩm nano bạc tổng hợp được trong kiểm soát một số chủng vi khuẩn thường gây nhiễm trùng bệnh viện. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học ứng dụng: Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp sinh học định hướng ứng dụng trong kiểm soát vi khuẩn gây nhiễm trùng bệnh viện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC -------------------- NGUYỄN MẠNH CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG KIỂM SOÁT VI KHUẨN GÂY NHIỄM TRÙNG BỆNH VIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC -------------------- NGUYỄN MẠNH CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG KIỂM SOÁT VI KHUẨN GÂY NHIỄM TRÙNG BỆNH VIỆN Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 8.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Đình Khá THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo - TS. Trịnh Đình Khá, người đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn thí nghiệm, sửa chữa báo cáo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để thực hiện đề tài. Tôi chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Khoa học Công nghệ sinh học, Ban giám hiệu trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho phép sử dụng phòng thí nghiệm và một số hóa chất, thiết bị phục vụ thực hiện đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Bệnh viện Đa khoa tỉnh Quảng Ninh, Sở Y tế tỉnh Quảng Ninh đã tạo điều kiện cho tôi đi học. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài. Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2019 Học viên Nguyễn Mạnh Cường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và nhóm nghiên cứu, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Mọi kết quả thu được không chỉnh sửa, sao hoặc chép từ các nghiên cứu khác. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn Mạnh Cường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................................ v DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... vii MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1.1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 2 1.3. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 2 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3 1.1. Khái quát về công nghệ nano ......................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc công nghệ nano ................................................... 3 1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ........................................................... 4 1.2. Hạt nano bạc ................................................................................................... 4 1.2.1. Giới thiệu về bạc kim loại và nano bạc ....................................................... 4 1.2.2. Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc............................................................ 5 1.2.3. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc .............................................................. 6 1.2.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc ....................................................... 7 1.3. Phương pháp sinh học tổng hợp nano bạc ..................................................... 8 1.4. Ứng dụng của nano bạc .................................................................................. 9 1.4.1. Ứng dụng của nano bạc trong y học ........................................................... 9 1.4.2. Ứng dụng của nano bạc trong nông nghiệp. ............................................. 10 1.4.3. Ứng dụng của nano bạc trong công nghiệp............................................... 10 1.4.4. Ứng dụng của nano bạc trong xử lý môi trường. ...................................... 10 1.5. Nhiễm trùng bệnh viện ................................................................................. 11 1.5.1. Khái niệm và tác nhân gây nhiễm trùng bệnh viện ................................... 11 1.5.2. Nguồn gốc và con đường lây truyền của tác nhân gây nhiễm trùng bệnh viện . 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iv 1.5.3. Hậu quả của nhiễm trùng bệnh viện.......................................................... 13 1.5.4. Nguyên tắc phòng ngừa phòng ngừa nhiễm trùng bệnh viện ................... 14 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................... 26 2.1. Vật liệu ......................................................................................................... 26 2.1.1. Mẫu thực vật và vi sinh vật ....................................................................... 26 2.1.2. Hóa chất..................................................................................................... 27 2.1.3. Thiết bị ...................................................................................................... 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 28 2.2.1. Phương pháp chiết dịch chiết thực vật ...................................................... 28 2.2.2. Phương pháp xác định thành phần hóa sinh của dịch chiết ...................... 28 2.2.3. Phương pháp chế tạo keo Nano bạc .......................................................... 29 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................ 30 3.1. Tuyển chọn loại dịch chiết thực vật có tính khử mạnh ................................ 30 3.2. Xác định thành phần hóa học của dịch chiết lá bạch đàn ............................ 31 3.2.1. Glycoside ................................................................................................... 31 3.2.2. Alkanoid .................................................................................................... 32 3.2.3. Flavonoid ................................................................................................... 32 3.2.4. Tannin........................................................................................................ 33 3.2.5. Terpenoid .................................................................................................. 33 3.3. Tổng hợp và phân tích hạt nano bạc ............................................................ 34 3.3.1. Tổng hợp nano bạc .................................................................................... 34 3.3.2. Phân tích hạt nano bạc............................................................................... 35 3.4. Hoạt tính kháng khuẩn của nano bạc tổng hợp bằng dịch chiết lá bạch đàn 37 3.4.1. Hoạt tính ức chế vi khuẩn kiểm định chuẩn.............................................. 37 3.4.2. Hoạt tính ức chế vi khuẩn kháng thuốc..................................................... 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 42 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 42 KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
v TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 43 CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh AgPNs Nano bạc silver nanoparticles ATCC Bộ sưu tập giống chuẩn American Type Culture Hoa kỳ Collection BVTV Bảo vệ thực vật E. coli Escherichia coli µm Micromet Micrometer NTBV Nhiễm trùng bệnh viện nm Nanomet Nanometer PVP Polyvinylpyrrolidone PVE Polyvinyl ether TEM Kính hiển vi truyền qua transmission electron microscopy S. aureus Staphylococcus aureus VSV Vi sinh vật UV-VIS Ultraviolet–visible spectroscopy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các chủng vi sinh vật sử dụng trong thí nghiệm ..........................................26 Bảng 3.1. Tính khử của một số dịch chiết thực vật ......................................................30 Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa sinh dịch chiết lá bạch đàn .....................34 Bảng 3.3. Hoạt tính ức chế các chủng vi khuẩn kiểm định chuẩn ................................ 37 Bảng 3.4. Hoạt tính ức chế các chủng vi khuẩn đa kháng thuốc ..................................39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn .................................................................6 Hình 1.2. Ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn ...........................7 Hình 3.1. Hình ảnh mẫu test glycoside .........................................................................32 Hình 3.2. Hình ảnh test alkanoid ..................................................................................32 Hình 3.3. Hình ảnh test flavonoid .................................................................................33 Hình 3.4. Hình ảnh test Tannin .....................................................................................33 Hình 3.5. Hình ảnh test terpenoid .................................................................................34 Hình 3.6. Chế phẩm nano bạc được tổng hợp bằng dịch chiết lá bạch đàn..................35 Hình 3.7. Phổ UV-VIS của dung dịch nano bạc ...........................................................36 Hình 3.8. Ảnh TEM của mẫu dung dịch nano bạc .......................................................36 Hình 3.9. Hoạt tính ức chế vi khuẩn kiểm định chuẩn của nano bạc ...........................38 Hình 3.10. Hoạt tính ức chế vi khuẩn đa kháng thuốc .................................................40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Ở nước ta hiện nay nói riêng và thế giới nói chung nhiễm khuẩn bệnh viện (NTBV) đang là một thách thức lớn cho các bệnh viện vì tỉ lệ nhiễm khuẩn ngày càng cao. Theo điều tra của Bộ y tế thì tỷ lệ nhiễm khuẩn trong bệnh viện chiếm từ 5,3% đến 10%. Tại một số khoa cấp cứu, điều trị tích cực, tim mạch, tỷ lệ này lên tới 30%. Sau thời gian dài điều trị tại bệnh viên, có những bệnh nhân chết không phải do bệnh chính, mà do bệnh khác nhiễm trong thời gian ở bệnh viện. Từ chuyên môn gọi đó là “lây chéo”. Trong số các bệnh nhân bị nhiễm khuẩn bệnh viện, tỷ lệ nhiễm khuẩn đường hô hấp chiếm 42%, nhiễm khuẩn vết mổ 18% và đường tiết niệu là 16%. Những bệnh nhân phải qua phẫu thuật có nguy cơ bị nhiễm khuẩn bệnh viện cao hơn 2,4 lần so với những người không phải mổ. Như vậy, việc chống nhiễm khuẩn trong bệnh viện đang là một vấn đề bức xúc đặt ra với mỗi bệnh viện. Nano bạc có khả năng tiêu diệt hơn 650 loại vi khuẩn khác nhau chỉ trong vòng một phút. Tất cả các vi khuẩn không bị nhờn với “kháng sinh” nano bạc vì vậy các hạt nano bạc không bị mất tác dụng. Ngoài ra, các hạt nano bạc cũng sẽ giúp tạo ra các oxygen hoạt tính từ trong không khí hoặc từ trong nước và từ đó phá hủy các màng tế bào của vi khuẩn. Các hạt nano bạc đã được đưa vào mọi chất dẻo và ứng dụng khá rộng rãi trong đời sống. Nano bạc được đưa vào các polymer như polyetylen (PE), polypropylen (PP), các loại giấy, vải…có khả năng tiêu diệt ba loại vi khuẩn: tụ cầu khuẩn vàng, Bacillus pneumoniae và E. coli. Có rất nhiều phương pháp tổng hợp ra nano bạc như: phương pháp vi sóng, phương pháp khử sinh học, phương pháp hoá lý… trong đó phương pháp khử sinh học cho hiệu quả khử ion bạc thành bạc nano hiệu suất cao, rẻ tiền và thân thiện với môi trường. Hiện nay, các nhà khoa học thường dùng các tác nhân vi sinh vật, dịch nuôi cấy vi sinh vật và dịch chiết của thực vật để dùng làm tác nhân khử sinh học. Nhiễm trùng bệnh viện do các vi khuẩn đa kháng thuốc gây nên đang có xu hướng gia tăng ở các bệnh viện của Việt Nam. Trong đó nhiều sự cố y khoa gây hậu quả nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng dẫn đến tử vong cho các bệnh nhân có liên quan đến các tác nhân gây nhiễm trùng bệnh viện. Có nhiều phương pháp để kiểm soát nhiễm khuẩn bệnh viện. Trong đó các phương pháp xử dụng hóa chất diệt khuẩn mang tính chất phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp sử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2 dụng hóa chất gây tồn dư, đồng thời vi khuẩn có hiện tượng kháng lại các hóa chất sử dụng. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp sinh học định hướng ứng dụng trong kiểm soát vi khuẩn gây nhiễm trùng bệnh viện” 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Tổng hợp chế phẩm nano bạc bằng phương pháp sinh học để ứng dụng chế phẩm nano bạc tổng hợp được trong kiểm soát một số chủng vi khuẩn thường gây nhiễm trùng bệnh viện. 1.3. Nội dung nghiên cứu (1) Phân tích thành phần hóa học của dịch chiết thực vật được chọn làm tác nhân khử tạo nano bạc; (2) Tổng hợp chế phẩm nano bạc và Phân tích hạt nano bạc của chế phẩm; (3) Nghiên cứu khả năng ức chế vi khuẩn gây nhiễm trùng bệnh viện của chế phẩm nano bạc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về vật liệu nano 1.1.1. Khái niệm chung về vật liệu nano Khoa học nano: là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Hình 1.1. Hình ảnh thể hiện kích thước nano (màu đỏ) so với một số đối tượng vật lý và sinh học theo thang kích thước (http://nanoscience.massey.ac.nz/) 1.2. Khái quát về công nghệ nano 1.2.1. Khái niệm và nguồn gốc công nghệ nano Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m) [3]. Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
4 Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử [4]. 1.2.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano Công nghệ nano dựa trên những cơ sở khoa học chủ yếu sau: - Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử: Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn [3]. - Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối [3]. - Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu [3]. 1.3. Hạt nano bạc 1.3.1. Giới thiệu về bạc kim loại và nano bạc Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm Bán kính ion bạc: 0,23 nm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5 Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn. Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano. Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính độc đáo sau [16]: - Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa, chống tĩnh. - Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao, không có phụ gia hóa chất. - Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như benzene, toluene). - Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường. - Chi phí cho quá trình sản xuất thấp. - Ổn định ở nhiệt độ cao. 1.3.2. Đặc tính kháng khuẩn của nano bạc Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và nấm . Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc không thể hiện tính độc với con người. Từ xa xưa, người ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh. Người cổ đại sử dụng các bình bằng bạc để lưu trữ nước, rượu dấm. Trong thế kỷ 20, người ta thường đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tươi của sữa. Bạc và các hợp chất của bạc được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng [19]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
6 Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa. Tuy nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dưới dạng hạt có kích thước nano. 1.3.3. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc Hình 1.1. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn Các đặc tính kháng khuẩn của bạc và nano bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoặt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi. Do động vật không có thành tế bào,vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này [16]. Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin – SH của phân tử enzyme chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn [14]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
7 Hình 1.2. Ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn 1.3.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc Có 2 phương pháp để điều chế hạt nano kim loại bạc: phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên “bottom-up” là phương pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ trên xuống “top-down” là phương pháp tạo các hạt nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với hạt nano bạc, người ta thường điều chế bằng phương pháp từ dưới lên. Nguyên tắc là khử ion Ag+ thành Ag. Các ion này sau đó liên kết với nhau tạo thành hạt nano và các hạt nano này sẽ được bọc bởi các chất ổn định như PVP, PVE, chitosan.v.v. Các phương pháp từ trên xuống ít được sử dụng vì nano bạc chế tạo bằng phương pháp này thường có kích thước hạt lớn và không đồng đều [16]. Hiện nay các vật liệu kim loại nano như vàng (Au), Sắt (Fe), đồng (Cu), bạc (Ag) dưới dạng bột hay dung dịch keo được chế tạo chủ yếu bằng các phương pháp sau: - Phương pháp khử hóa học: Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc bằng chất hoạt hóa bề mặt. Các hạt nano tạo thành bằng phương pháp này có kích thước từ 10 nm đến 100 nm [4]. - Phương pháp khử vật lý: Phương khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamm, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại [4]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
8 - Phương pháp khử hóa lý: Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí. Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bàm lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch [4]. - Phương pháp khử sinh học: Dùng vi khuẩn, vi nấm, dịch nuôi cấy tảo hoặc dịch chiết thực vật là tác nhân khử ion kim loại. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn [6] [8] [11] [16] [18]. 1.4. Phương pháp sinh học tổng hợp nano bạc Phương pháo sinh học sử dụng các tác nhân như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm có khả năng khử ion bạc tạo ra nguyên tử bạc kim loại. Có ba nguồn chính tổng hợp hạt nano bạc: vi khuẩn, nấm, và các dịch chiết thực vật. Sinh tổng hợp các hạt nano bạc là một cách tiếp cận từ dưới lên mà chủ yếu là liên quan đến việc khử/ quá trình oxi hóa. Chủ yếu là các enzyme vi khuẩn hoặc dịch chiết từ thực vật có tính chống oxi hóa. Ba thành phần chính tham gia vào việc tổng hợp nano bạc bằng phương pháp sinh học là dung môi để tổng hợp, các chất khử thân thiện với môi trường và chất ổn định không độc hại. -Tổng hợp từ vi khuẩn: cơ chế sinh tổng hợp bạc là sự hiện diện của enzyme reductase nitrat. Các enzyme chuyển đổi nitrat thành nitrit. Trong quá trình khử nitrat được chuyển thành nitrit và điện tử được chuyển giao cho các ion bạc. Vì vậy, các ion bạc được giảm xuống còn Ag+ đến Ag0 [6]. -Tổng hợp từ nấm: so với vi khuẩn, nấm có thể sản xuất ra một lượng lớn các hạt nano vì chúng có thể tiết ra một lượng lớn các protein để nâng cao năng suất của các hạt nano[49]. Cơ chế sản xuất hạt nano bạc từ nấm theo các bước sau đây: bẫy các ion Ag+ ở bề mặt của các tế bào nấm và khử tiếp theo các ion bạc bởi các enzyme hiện diện trong nấm. Các enzyme ngoại bào như naphthoquinones được cho là để tạo điều kiện khử [8]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
9 - Tổng hợp từ dịch chiết thực vật: ưu điểm chính của việc sử dụng dịch chiết từ thực vật đẻ tổng hợp các hạt nano bạc là dễ dàng có sẵn, an toàn không độc hại và trong nhiều trường hợp có sẵn các chất chuyển hóa có thể hỗ trợ trong việc khử các ion bạc, và nhanh hơn so với vi khuẩn trong quá trình tổng hợp [5] [7]. Cơ chế chính của quá trình này là sự khử các ion được hỗ trợ bởi các hoạt chất từ thực vật. Các hoạt chất thực vật chính tham gia là terpenoid, flavon, xeton, andehit,amit,và axit cacboxylic. Flavon, axit hữu cơ, và quinon là các hoạt chất thực vật hòa tan trong nước có trách nhiệm khử ngay lập tức các ion Mặc dù cơ chế chính xác liên quan đến từng loại cây khác nhau như các phytochemical có liên quan khác nhau, cơ chế chính tham gia là các quá trình khử ion. Các phương pháp này có nhiều ưu điểm như: thiết bị nuôi cấy đơn giản, môi trường nuôi cấy rẻ tiền, dễ thực hiện, thân thiện với môi trường do không sử dụng các chất độc hại. Vì vậy các nhà nghiên cứu ngày càng quan tâm đến các phương pháp tổng hợp sinh học. Phương pháp sinh tổng hợp ra các hạt nano bạc có độ phân bố khá đồng đều và có khả năng sản xuất ra với qui mô lớn do các hạt được ổn định ngay trong quy trình tổng hợp [16] [18]. 1.5. Ứng dụng của nano bạc 1.5.1. Ứng dụng của nano bạc trong y học Do có nhiều đặt tính ưu việt và là công nghệ sạch, nano bạc đã và đang được nhiều nước phát triển ứng dụng sâu rộng trong lĩnh vực y tế. Sau đây là một số ứng dụng của trong lĩnh vực y tế: - Vệ sinh, diệt sạch khuẩn và khử mùi bệnh viện, trường học, nơi sinh hoạt, thiết bị dụng cụ phẩu thuật,… - Rửa tay phòng ngừa dịch bệnh. - Xử lí rác thải, nước thải hết mùi hôi và ngăn chặng bệnh lây lan. - Nguyên liệu làm dung dịch rửa phụ khoa, kem trị bệnh ngoài da, băng trị bỏng… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
10 1.5.2. Ứng dụng của nano bạc trong nông nghiệp. Phòng và trị bệnh do nấm, khuẩn và virus gây ra (thay thế hoàn thoàn thuốc BVTV hóa học dùng để phòng trị bệnh trên cây trồng). Sử dụng Nano bạc thường xuyên định kỳ theo các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây giúp cây trồng ngăn ngừa chủ động từ xa dịch bệnh, giảm chi phí trong việc BVTV, tăng giá trị nông sản phẩm. Phòng và đặc trị bệnh do các VSV đơn bào gây ra trên tôm, cá, ba ba, ếch (nấm, vi khuẩn và virus gây bệnh [3]. 1.5.3. Ứng dụng của nano bạc trong công nghiệp. Bạc ở kích thước nano là vật liệu có các tính chất quang học, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Ngoài ra, bạc là một trong những kim loại có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao nhất. Vì vậy, AgPNs có thể được tích hợp vào các sản phẩm đa dạng từ các loại pin quang điện, các sản phẩm điện tử, các chi tiết cần độ dẫn nhiệt cao, tới các sản phẩm cảm biến sinh học và hóa học. Sự có mặt của nano bạc giúp cho các sản phẩm này có độ dẫn diện, dẫn nhiệt cao, ổn định và có độ bền cao. Hiện nay, các nhà sản xuất đã sản xuất các hàng tiêu dùng sử dụng tính chất kháng khuẩn của các hạt nano bạc như tủ lạnh, điều hòa và máy giặt. Ngoài ra các loại đồ chơi, quần áo, hộp đựng thực phẩm, chất tẩy quần áo cũng đã sử dụng nano bạc. Ứng dụng sản xuất sợi nhân tạo dùng dệt vải, khăn quần áo có chức năng kháng khuẩn, chống hôi. Nano bạc được phủ lên bề mặt mà được đưa vào trong sản phẩm qua qui trình nóng chảy dùng sản xuất tấm ra trải giường, khăn lau chén, bát, thảm trải nền nhà, túi bọc tấm đệm giường, quần áo cũng như các sản phẩm vệ sinh khác như quần áo cho bệnh viện, quần áo bảo vệ, khẩu trang [4]. 1.5.4. Ứng dụng của nano bạc trong xử lý môi trường. Kích thước hạt nano bạc có khả năng diệt khuẩn cao và thể hiện vai trò diệt khuẩn cực mạnh trong môi trường nước. Trong quá trình di chuyển và phân tán ở môi trường nước, hạt AgPNs vừa khử mùi và tiêu diệt mầm bệnh. Vì vậy nano bạc ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nguồn nước ô nhiễm chứa hàm lượng vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là trong quá trình xử lý làm sạch nước ở các ao hồ thủy sản, tiêu diệt các vi sinh vật gây hại. Bên cạnh đó hạt nano bạc đã được tích hợp trong các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
11 hệ thống lõi lọc nước trong các máy lọc nhằm đảm bảo chất lượng nguồn nước sạch dùng trong sinh hoạt gia đình [3] [16]. 1.6. Nhiễm trùng bệnh viện 1.6.1. Khái niệm và tác nhân gây nhiễm trùng bệnh viện * Khái niệm Nhiễm khuẩn bệnh viện (nosocomial infection) là nhiễm khuẩn mắc phải gặp ở bệnh nhân sau khi nhập viện mà ở thời điểm nhập viện không có hoặc không nằm trong thời kỳ ủ bệnh. Triệu chứng của nhiễm khuẩn bệnh viện có thể xuất hiện sau khi xuất viện [1]. * Tác nhân gây nhiễm trùng bệnh viện Vi khuẩn: mọi loài vi khuẩn đều có thể gây nhiễm trùng bệnh viện với tỷ lệ khác nhau và hay gặp nhất là các loài sau đây: - Họ vi khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae): họ vi khuẩn đường ruột đứng hàng đầu trong nhiễm trùng bệnh viện và hay gặp nhất là E. coli và nhóm KES (Klebsiella-Enterobacter-Serratia). - Họ cầu khuẩn: trong số các cầu khuẩn thì tụ cầu là thường hay gặp hơn cả trong các loại bệnh nhiễm trùng bệnh viện nhưng thường chiếm tỷ lệ cao nhất là tụ cầu vàng (S. aureus ), rồi đến tụ cầu da ( S. epidermidis) và tụ cầu hoại sinh (S. saprophyticus). - Họ Pseudomonadaceae: trong họ Pseudomonadaceae thì loài Pseudomonas aeruginosa (trực khuẩn mủ xanh) thường chiếm tỷ lệ cao nhất trong các loại bệnh nhiễm trùng bệnh viện. - Ngoài ra có thể gặp nhiễm trùng bệnh viện do Acinetobacter (điển hình là loài A. baumannii), H. influenzae và Listeria (Listeria có tỷ lệ cao nhất là L. monocytogenes) [2]. Virus Virus cũng có thể gây nên NTBV, điển hình nhất là virus HIV, virus viêm gan (A, B, C); virus cúm, virus sởi, virus thủy đậu… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn