Cơ chế diệt khuẩn và tính an toàn của nano bạc

Nano bạc có kích thước từ 10-100 nano mét (1 nano mét = 1/ tỷ lần so với 1 mét). Vì có kích thước nhỏ nên có thể bám vào và xâm nhập vào thành tế bào của vi khuẩn.

Sở dĩ nano bạc có thể gắn vào và xâm nhập vào bên trong thành tế bào là do trên bề mặt các hạt nano bạc có điện tích dương của Ag⁺ vậy nên tạo ra lực hút tĩnh điện giữa các AgNP và màng tế bào mang điện tích âm của vi sinh vật do sự hiện diện của các nhóm thiol (-SH), cacboxyl (COOH^– ), photphat (PO₄^3- ) và các nhóm amin. Do đó tạo điều kiện cho AgNP gắn vào màng tế bào. Việc xâm nhập vào thành tế bào của vi khuẩn sẽ gây ra rò rỉ các thành phần tế bào và gây chết.

Ngoài ra, vi khuẩn ăn liên tục, kích thước của vi khuẩn khoảng 0.5 – 5 micro mét (lớn gấp 5-50 lần so với kích thước của hạt nano bạc) nên đôi lúc nó ăn nano bạc luôn vì nó không phân biệt được đâu là thức ăn. Khi nano bạc xâm nhập vào bên trong tế bào vi sinh vật, bản thân nano Ag có tính dẫn điện nên có thể gây ra phản ứng trao đổi electron với protein, lipid và DNA. Sự tương tác điện tích giữa các AgNP  với các phân tử sinh học sẽ dẫn đến mọi thứ rối loạn lên và cuối cùng là gây chết.

Cơ chế diệt khuẩn thông qua tiếp xúc này ở chủng vi khuẩn Gram âm mạnh hơn ở chủng vi khuẩn Gram dương. Nguyên nhân là do cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Gram âm mỏng hơn ( khoảng 3-4 nm) còn ở vi khuẩn Gram dương thì thành tế bào dày hơn (khoảng 30 nm, dày gấp 10 lần so với chủng Gram âm).

Liệt kê một số chủng Grâm âm gây bệnh như:

– Acinetobacter (Vi khuẩn Actinobacillus pleuropneumoniae gây bệnh viêm màng phổi, vi khuẩn, Acinetobacter baumannii gây viêm màng não, nhiễm trùng máu, viêm phổi có thể kháng nhiều loại kháng sinh…)
– Escherichia (Escherichia Coli hoặc E.coli là loại vi khuẩn gây bệnh phù đầu (triệu chứng mắt sưng, trán sưng), tiêu chảy)
– Pseudomonas (Pseudomonas aeruginosa vi khuẩn gây ra nhiễm trùng máu, nhiễm trùng đường hô hấp, đường tiết niệu, viêm phổi..)
– Salmonella (Salmonella choleraesuis và Salmonella typhisuis gây bệnh phó thương hàn với triệu chứng phân bón lọn như phân dê giai đoạn cuối mới tiêu chảy, heo sốt tai lạnh nổi gai ốc)
– Vibrio (V. alginolyticus; V. anguillarum; V. ordalii; V. salmonicida, V. parahaemolyticus, V. harvey, V. vulnificus gây nhiễm trùng máu, đỏ thân ở tôm cá. Vibrio cholerae làm nhiễm trùng đường tiêu hóa từ đó gây ra bệnh thổ tả trên lợn)

– Hafniaceae (Edwardsiella ictaluri gây bệnh gan thận mủ ở cá tra, cá ba sa…)
– Vibrio (V. parahaemolyticus gây bệnh hoại tử gan tụy cấp tính, tử vong sớm trên tôm)…

– Aeromonadaceae (Aeromonas hydrophila gây bệnh xuất huyết ở cá tra…)

– Flavobacterium (Flavobacterium columnare gây bệnh trắng đuôi ở cá tra)…

Một số chủng Gram dương gây bệnh trong như:

– Clostridium (Clostridium perfringens gây viêm ruột, nhiễm độc tố ruột gây xuất huyết sau đó tử vong)
– Enterococcus ( Enterococcus faecalis và E. faecium gây ra một loạt các bệnh nhiễm trùng, bao gồm viêm nội tâm mạc, viêm đường tiết niệu, viêm tuyến tiền liệt, nhiễm trùng trong ổ bụng, viêm mô tế bào, và nhiễm khuẩn vết mổ cũng như bệnh nhiễm trùng huyết.
– Listeria (Vi khuẩn Listeria monocytogenes gây nhiễm trùng huyết gây chết heo con sơ sinh, sinh non, rối loạn tiêu hóa, hấp thu, hoặc gây viêm màng não, viêm não)
– Staphylococcus (Staphylococcus hyicus, Staphylococcus aureus, Staphylococcus saprophyticus gây viêm da ở lợn)
– Streptococcus (Vi khuẩn Streptococcus gây viêm màng não đến thể nhiễm trùng máu, viêm đa thanh dịch, viêm khớp, viêm nội tâm mạc, viêm phổi, Streptococcus sp gây bệnh xuất huyết đường ruột ở cá rô phi, điêu hồng.

Môi trường luôn luôn có vi khuẩn, pH môi trường thường mang tính kiềm nhưng tại vị trí của vi khuẩn lại có tính acid, kèm với oxy trong nước sẽ xảy ra phản ứng:

2 Ag + O2 + 4 ion (H+) -> 2 ion (Ag+) + 2 H2O

Ion Ag⁺ sẽ phản ứng với thành tế bào thông qua các nhóm chức thiol (-SH) cacboxyl (COOH^– ), photphat (PO₄^3- ) và các nhóm amin (nhóm chức có Nito) từ đó gây chết vi khuẩn.

Khi các hạt nano bạc đi vào bên trong tế bào vi khuẩn, hàm lượng enzyme do vi khuẩn sản sinh ra càng nhiều càng làm phản ứng chuyển hóa nano Ag thành ion Ag+ nhanh hơn, nồng độ Ag+ càng cao thì các phản ứng với các nhóm chức thiol (-SH) cacboxyl (COOH^– ), photphat (PO₄^3- ) và các nhóm amin (nhóm chức có Nito) càng mãnh liệt dẫn đến diệt vi khuẩn càng nhanh.

Bên cạnh đó nano bạc tương tác với các protein chuỗi hô hấp trên màng, làm gián đoạn quá trình khử Oxy nội bào và tạo ra ROS gây chết tế bào (reactive oxygen species – các gốc tự do OH, O, H2O2…).

Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học Hoa Kỳ đã đăng ký với EPA như một loại thuốc trừ sâu, được phê duyệt là chất khử trùng bề mặt, chất khử trùng HVAC và cũng như chất khử trùng cho đường nước nha khoa. Công ty đã được cấp một xếp hạng độc tính cho thấy rằng để sản phẩm độc hại đối với môi trường, 12,4500,000 gallon sản phẩm nano bạc 32 ppm  (tương đương  khoảng 47 triêu lít 32 ppm, tương đương 3 triệu lít 500 ppm và 1,5 triệu lít 1000 ppm) để khử trùng bệnh viện sẽ phải bị đổ cùng một lúc. Thậm chí không có thùng hoặc bể chứa nào có thể chứa đủ sản phẩm cùng một lúc để sản phẩm được coi là độc hại trong trường hợp có bất kỳ sự cố tràn nào.

Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học Hoa Kỳ đã hoàn thành hàng triệu đô la dữ liệu toàn diện, độc lập về tính an toàn và hiệu quả trên các sản phẩm nano bạc của họ, bao gồm nhưng không giới hạn: nghiên cứu độc tính tế bào; các nghiên cứu tiêm vào và ăn vào ở mức độ cao và thấp của hàm lượng bạc và cả trong thời gian ngắn và dài; cũng là các nghiên cứu về độ nhạy cảm của da.

Tất cả các nghiên cứu đã kết luận rằng các sản phẩm ASAP nano bạc không độc hại đối với tế bào, động vật hoặc con người. EPA Hoa Kỳ đã ban hành RfD cho bạc cho thấy rằng một người trưởng thành có kích thước bình thường có thể tiêu thụ một cách an toàn tương đương một ounce sản phẩm 10 ppm mỗi ngày trong suốt cuộc đời (dựa trên 72 năm). Ủy ban Châu Âu về Bảo vệ Sức khỏe và Người tiêu dùng đã đưa ra ý kiến sau một nghiên cứu toàn diện về bạc rằng bạc kim loại an toàn để tiêu thụ trong đồ uống và thực phẩm và cũng có thể được bán trong các cửa hàng thực phẩm chăm sóc sức khỏe như một chất bổ sung.

Bạc không phải là kim loại gây ngộ độc kim loại nặng như đã được báo cáo bởi nhiều nhà khoa học giả.