Với khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và virus mạnh, nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y tế. Cùng tìm hiểu những kiến thức về nano bạc và ứng dụng của nó trong bài viết dưới đây.
I. Nano bạc là gì ?
Nano bạc là một dạng hạt tồn tại của kim loại bạc. Các hạt này có kích thước nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được. Hạt nano bạc có tỉ lệ diện tích bề mặt lớn hơn hàng triệu lần so với kim loại bạc. Vì vậy, tính chất đặc hiệu của bạc được tăng lên đáng kể. Phân tử nano bạc có kích thước phổ biển nằm trong khoảng từ 10 – 100nm [3].
Nano bạc tồn tại chủ yếu dưới dạng dung dịch. Các sản phẩm Nano bạc thường được gọi với tên gọi khác là keo bạc. Điều này khiến nhiều người lầm tưởng dung dịch Nano bạc có độ nhớt như dạng keo. Thực tế, dung dịch Nano bạc sẽ có độ nhớt tương đương với nước nếu quan sát bằng mắt thường. Màu sắc của dung dịch Nano bạc thay đổi từ vàng tới đỏ sẫm. Thậm chí nếu nồng độ lên tới 5,000 ppm, bạn có thể thấy màu gần như đen. Do đó, các dung dịch Nano bạc trong suốt được quảng cáo trên thị trường thường không chứa các hạt nano bạc hoặc nồng độ rất thấp. Nano bạc không tồn tại ở thể rắn nên các loại bột bán trên thị trường đều không hề chứa hạt nano [3].
II. Nano bạc được tạo ra như thế nào?
Các nano bạc tổng hợp theo con đường khác nhau sẽ có kích thước, hình thái và tính ổn định khác nhau. Tổng kết các phương pháp tổng hợp được phân thành 3 loại chính là tổng hợp vật lý, tổng hợp hóa học và tổng hợp sinh học.
1. Tổng hợp vật lý
1.1. Kỹ thuật ăn mòn bằng tia laser
Bào chế nano bạc bằng phương pháp vật lý RF plasma
Kỹ thuật này sử dụng tia laser với bước sóng ngắn để cắt bỏ kim loại trong dung dịch mà không có thuốc thử hóa học. Phương pháp này cho phép thu được hạt nano bạc tinh khiết. Nồng độ và hình thái của các hạt nano bị ảnh hưởng bởi số lượng chùm tia laze. Hạt nano thu được thường có kích thước khoảng 10nm.
Ngoài ra, có thể sử dụng sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại để khử ion kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân này, các chất phụ gia trong dung môi được biến đối để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại [1], [3].
1.2. Kỹ thuật hóa lý tạo nano bạc tinh khiết
Theo các nghiên cứu gần đây, phương pháp điện phân kết hợp siêu âm có thể dùng để sản xuất ra hạt nano bạc tinh khiết mà không cần sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc chất ổn định nào. Bình thường phương pháp điện phân chỉ tạo ra lớp màng kim loại trên bề mặt điện cực. Nhờ có siêu âm, các hạt sẽ rời điện cực và đi vào trong dung môi nước.
1.3. Kỹ thuật Plasma điện hóa
Nguyên lý của phương pháp là sử dụng một dây bạc làm điện cực, nhúng trong dung môi nước. Trong quá trình phóng điện, lớp bề mặt của dây bạc bị ăn mòn và được khử ngay bởi plasma tạo ra các hạt nano bạc. Ngoài ra, plasma còn giải phóng các electron tích điện âm khiến các hạt nano bạc đẩy nhau, tránh kết tụ. Phương pháp này có thể khử triệt để các ion bạc nên dung dịch nano bạc ổn định lâu dài và an toàn. Các hạt nano bạc tạo ra có kích thước từ 20 – 30 nm [1].
2. Phương pháp hóa học
.jpg)
Biểu đồ kiểm soát kích thước các phân tử nano bạc bằng phương pháp đồng giảm
Để tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học cần sử dụng muối bạc, chất khử và chất ổn định để kiểm soát sự hình thành các hạt nano. Muối bạc nitrat được sử dụng để tạo ra hạt nano do chi phí thấp và ổn định hóa học hơn các muối khác. Các chất khử được sử dụng là borohydrid, citrat, ascorbate và khí hydro. Trong đó borohydrid là một chất khử mạnh có thể tạo ra hạt có kích thước nhỏ với tốc độ khử nhanh. Đồng thời nó có vai trò như chất ổn định để tránh kết tụ trong quá trình phân hủy.
Ngoài ra để các hạt nano phân tán tốt trong môi trường, người ta có thể sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt tĩnh điện trái dấu sẽ đẩy nhau, tránh kết tụ. Mặt khác có thể sử dụng các chất hoạt động bề mặt để bọc các hạt nano. Kích thước hạt nano bạc tạo ra nhờ phương pháp này nằm trong khoảng từ 10nm -100nm[1], [3].
3. Phương pháp sinh học
Quá trình tổng hợp hạt nano bằng phương pháp sinh học gồm quá trình khử enzym hoặc không có enzym. Quá trình khử không sử dụng enzym tương tự như tổng hợp hóa học nhưng tác nhân khử là vi sinh vật hoặc thực vật. Quá trình này diễn ra nhanh và tránh được dung môi hữu cơ và thuốc thử độc hại. Vì vậy, đây được gọi là quá trình xanh và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là có thể làm lây nhiễm vi khuẩn nên cần thận trọng khi ứng dụng trong y tế.
III. Hiệu quả kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virus của nano bạc
1. Đặc tính kháng khuẩn
Nano bạc có tác dụng kháng khuẩn trên cả vi khuẩn Gram âm, Gram dương và các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh. Một số loài phổ biến như: Staphylococcus aureus (tụ cầu vàng), Streptococcus, E. Coli, Coliform, P. aeruginosa, Aci.baumannii, Vibrio cholerae (phẩy khuẩn tả), Enterococcus faecalis (khuẩn liên cầu), N. gonorrhoeae (lậu cầu),… Theo kết quả nghiên cứu của viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam, chỉ cần một lượng nano bạc rất nhỏ cỡ 1mg/L đã có thể tiêu diệt được hầu hết vi khuẩn gây bệnh[4].
Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc
Khả năng kháng khuẩn mạnh của nano bạc có được nhờ đặc tính kháng khuẩn của ion bạc và diện tích bề mặt lớn của các hạt nano. Hiệu quả của các hạt nano bạc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước của chúng. Nồng độ cao có hiệu quả tốt hơn. Hạt có kích thước càng nhỏ có thể diệt khuẩn ở nồng độ thấp[1].
Mặc dù tác dụng kháng khuẩn được nghiên cứu rộng rãi nhưng cơ chế tác dụng của nano bạc vẫn chưa được làm sáng tỏ. Các hạt nano bạc bám và thâm nhập vào thành tế bào vi khuẩn, làm thay đổi cấu trúc màng của chúng. Một số nghiên cứu cho rằng do các hạt nano bạc có diện tích bề mặt lớn trở thành kho chứa để giải phóng ra các ion bạc tự do. Các ion bạc giải phóng ra có thể tương tác với nhóm thiol của nhiều enzym tổng hợp tế bào vi khuẩn. Do đó nó ức chế một số chức năng của tế bào vi khuẩn như ngăn cản sự phân chia tế bào và sao chép AND.
2. Đặc tính kháng nấm
Nano bạc là một chất chống nấm hiệu quả. Nó có tác dụng trên nhiều loại nấm như Candida albicans, Candida glabrata, Trichophyton mentagrophytes, Aspergillus, Saccharomyces… Cơ chế chống nấm được lý giải do chúng có thể phá vỡ màng tế bào và ức chế quá trình nảy chồi. Tại nồng độ 0.1mg/lít (tương đương 0.1ppm) nano bạc có khả năng kháng nấm. Với mật độ 105 tb/lít nấm Candida albicans bị vô hiệu hóa hoàn toàn sau 30 phút tiếp xúc[3].
3. Đặc tính kháng virus
Nano bạc cũng là một chất có khả năng chống virus HIV- 1, virus viêm gan B, virus hợp bào hô hấp, virus herpes simplex, virus đậu mùa. Khả năng kháng virus của hạt nano tốt hơn nhiều so với muối bạc vì chúng giải phóng cả nguyên tử bạc. Cơ chế tác dụng trên virus nhờ khả năng ức chế các giai đoạn phát triển của tế bào virus. Nano bạc được coi là một tác nhân phổ rộng chống lại nhiều chủng virus và không gây đề kháng[1].
IV. Nano bạc có an toàn không?
Nano bạc được cho là an toàn và có thể sử dụng lâu dài, đặc biệt là đường dùng ngoài da. Tác dụng của ion bạc lên động vật bậc cao luôn là chủ đề được quan tâm của các nhà khoa học. Màng tế bào động vật bậc cao khác với sinh vật bậc thấp như vi khuẩn, virus, nấm. Màng tế bào vi khuẩn có cấu trúc glycoprotein. Các ion bạc được giải phóng tương tác với các nhóm peptidoglycan và ức chế sự vận chuyển oxy khiến tế bào tê liệt. Trong khi đó, tế bào của động vật bậc cao có hai lớp lipoprotein với nhiều liên kết đôi bền vững có khả năng cho điện tử. Do đó, lớp màng này không cho phép các ion bạc xâm nhập để gây thương tổn tế bào bên trong [4].
Nghiên cứu khoa học về tính an toàn của nano bạc
Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã xác định liều lượng bạc tối đa không gây hại đối với sức khỏe con người là 10g (nếu hấp thụ từ từ)[3]. Tức là, nếu một người sống khoảng 70 tuổi, ăn và uống vào 10g bạc thì không có vấn đề gì về sức khỏe. Liều tiêu chuẩn được Cục Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ EPA đưa ra là 5mg/kg/ngày. Theo đó, một người có trọng lượng 70kg được phép tiếp nhận vào người tối đa 350mg bạc mỗi ngày[3].
Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu gần đây khi cho bệnh nhân uống nước chứa ion bạc trong 7 – 8 năm cho thấy có dấu hiệu bệnh Argiria. Đây là bệnh tích tụ bạc dưới da làm da bệnh nhân có màu xám, hậu quả của quá trình khử quang hóa của các ion bạc. Mặc dù vậy, nghiên cứu không phát hiện thấy bất kỳ thay đổi nào đối với chức năng của các cơ quan trong cơ thể.
Để đảm bảo an toàn sức khỏe, chỉ nên sử dụng bạc dưới dạng băng gạc, dùng để súc họng hoặc bôi ngoài da. Đồng thời, bạn cũng chỉ sử dụng các sản phẩm nano bạc tinh khiết mới thật sự an toàn. Muối bạc cũng có hiệu quả kháng khuẩn tuy nhiên không được sử dụng ở nồng độ cao. Nguyên nhân là vì nó có thể gây bỏng rát niêm mạc, gây độc với cơ thể.
V. Nano bạc và những ứng dụng quan trọng trong y tế
1. Khử trùng dụng cụ, buồng bệnh
Dung dịch nano bạc có thể sử dụng làm chất khử trùng dụng cụ, buồng bệnh nhờ khả năng kháng khuẩn vượt trội. Nano bạc có khả năng tiêu diệt cả vi khuẩn, virus và nấm. Đồng thời, nó là một chất ổn định có thể hỗ trợ kháng khuẩn trong thời gian dài. Nano bạc còn có ưu điểm vượt trội là không tạo mùi, tạo màu và không gây khó chịu cho con người khi sử dụng.
2. Chăm sóc vết thương
Nhờ khả năng kháng khuẩn vượt trội, nano bạc được ứng dụng nhiều trong chăm sóc vết thương. Nano bạc được thêm vào trong các thuốc mỡ bôi ngoài da hoặc tẩm vào các băng vết thương. Băng vết thương có chứa nano bạc được sử dụng khi có nhiễm trùng ngoài da. Nano bạc còn giúp thúc đẩy quá trình tái tạo da, tránh để lại sẹo. Các loại thuốc mỡ có nano bạc giúp chữa lành vết thương nhanh chóng. Ngoài ra, kết hợp nano bạc với thuốc kháng sinh có tác dụng hiệp đồng chống vi khuẩn.
3. Phòng ngừa lây lan dịch bệnh
Hiện nay, bệnh truyền nhiễm đang là mối đe dọa đối với con người, đặc biệt là dịch bệnh do virus Sars – CoV 2. Để phòng tránh lây lan dịch bệnh thì việc rửa tay thường xuyên và khử khuẩn đồ vật, môi trường là việc làm cần thiết. Nhờ tính kháng khuẩn rất mạnh nên nano bạc được sử dụng trong các dung dịch rửa tay, khẩu trang y tế, dung dịch khử khuẩn đồ vật, môi trường. Ưu điểm khác của nano bạc là dịu da, không gây kích ứng và thân thiện với môi trường.
4. Cấy ghép tim mạch
Thiết bị cấy ghép tim mạch sử dụng bạc đầu tiên là van tim giả bằng silicon được phủ một lớp bạc. Nó có tác dụng ngăn ngừa nhiễm khuẩn trên van silicon và giảm phản ứng viêm. Tuy nhiên, sử dụng bạc có thể gây phản ứng mẫn cảm, ức chế chức năng của nguyên bào sợi, dẫn tới tổn thương mô tế bào. Mặc khác, khi sử dụng nano bạc trong các thiết bị y tế an toàn và không độc hại như sử dụng kim loại bạc. Cải tiến mới của các nhà khoa học là phủ một lớp nano bạc lên bề mặt van tim và stent. Lớp phủ này có đặc tính kháng khuẩn vượt trội và an toàn cho sức khỏe người bệnh.
5. Nha khoa
Nano bạc cũng có ứng dụng trong dụng cụ nha khoa. Các dụng cụ vệ sinh răng miệng có chứa nano bạc có tác dụng ức chế một số vi khuẩn ở khoang miệng như liên cầu khuẩn, Streptococcus mutans. Việc kết hợp nano bạc trong dụng cụ trám răng có thể tăng cường tác dụng diệt khuẩn Streptococcus milleri, S. aureus. Ngoài ra, nano bạc cũng được thêm vào chất kết dính nha khoa để chống lại vi khuẩn mà không làm thay đổi tính chất của chất kết dính. Nhờ vậy, nano bạc được dụng trong điều trị chỉnh nha.
6. Chẩn đoán sinh học
Chẩn đoán sớm bất kỳ bệnh nào cũng giúp phát hiện sớm bệnh để điều trị và tăng cơ hội sống sót cho bệnh nhân. Ngày nay, nano bạc được ứng nhiều trong chẩn đoán các bệnh liên quan đến tim mạch và ung thư. Nano bạc giúp xác định sớm đặc điểm của xơ vữa động mạch và bệnh lý tim mạch ở cấp độ phân tử và cấp độ tế bào. Việc kết hợp chẩn đoán hình ảnh sẽ giúp cho việc sử dụng thuốc hiệu quả trên từng bệnh nhân cụ thể.
Phát hiện sớm và xác định vị trí ung thư ở mức độ phân tử giúp có hướng điều trị hiệu quả đối với bệnh nhân. Nghiên cứu gần đây còn chỉ ra rằng nano bạc cũng có hiệu quả chống ung thư. Dòng tế bào ung thư bị tiêu diệt bởi các hạt nano bạc.
Nguồn thông tin tham khảo:
[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4037247/
[2] https://medcraveonline.com/JNMR/nanosilver-and-its-medical-implications.html
[3] https://benh.vn/tac-dung-nano-bac-luu-y-khi-su-dung-va-phan-biet-nano-bac-that-gia-75632/
[4] https://suckhoedoisong.vn/chong-nhiem-khuan-bang-nano-bac-n145503.html
Bài viết của Dược sĩ Ngọc Minh