1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano trong kháng khuẩn, nấm

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL TỔNG QUAN − Nhiệt độ quá trình nung không quá cao, thông thường 200 – 600 oC. − Tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng. − Chi phí tiền chất ban đầu khá thấp.  Nhược điểm: − Tính chất của vật liệu rất dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố trong quá trình tổng hợp như: pH, nhiệt độ sol-gel, nhiệt độ nung, thời gian nung... − Quá trình chuyển từ sol thành gel có thể làm cho cấu trúc tinh thể không đều do khó phân tán. − Một số hạt có hiện tượng kết tụ do năng lượng bề mặt cao, các hạt nhỏ bị kết dính lại thành tập hợp xốp lớn hơn.  Ứng dụng: − Làm màng mỏng phủ lên bề mặt. − Làm gốm thủy tinh. − Làm các màng xốp. − Chế tạo sợi ceramic. Kết hợp các ưu nhược điểm của từng phương pháp nêu trên đồng thời để phù hợp với trang thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm thì nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn phương pháp sol-gel để tổng hợp các vật liệu nanocomposite CuO-ZnO, Cu-TiO2, ZnO-TiO2 trong nội dung của đề tài này. 1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano trong kháng khuẩn, nấm Vật liệu nano có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau như mỹ phẩm, sơn, màn hình, pin, thuốc, xúc tác, cảm biến khí, kỹ thuật thực phẩm (sản xuất, chế biến, an toàn và đóng gói), nông nghiệp, năng lượng (lưu trữ và chuyển đổi) và xây dựng [3]. Những công trình nghiên cứu về vật liệu nano ngày càng tăng và càng được quan tâm, công nghệ nano cũng ngày càng phát triển mạnh hơn. Trên thế giới, vật liệu nano cũng đã được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực: y học, vật lý, quang học, sinh học… 11

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL TỔNG QUAN Sự phát triển của các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh khác nhau ngày nay khiến chúng ta phải nghiên cứu các loại thuốc hoặc vật liệu mới với khả năng kháng khuẩn hiệu quả. Các nghiên cứu gần đây về vật liệu nano chứng minh rằng các hạt nano oxit kim loại và kim loại khác nhau có thể có những tính chất đặc trưng đáng mong đợi như các chất kháng khuẩn. Nhiều nghiên cứu mới cho thấy các vật liệu kháng khuẩn nano có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau với hiệu quả kháng khuẩn cao và hàm lượng thấp [4]. Các hạt nano tiêu diệt hay kìm hãm vi khuẩn qua việc phá vỡ thành tế bào hay ngăn chặn quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Một số vật liệu nano có khả năng kháng khuẩn cao có thể kể đến như Ag, Cu, TiO2, ZnO, Au. Nano Ag có khả năng kháng khuẩn vượt trội với các vi khuẩn như Escherichia coli (E. coli) và Staphylococcus aureus (S. aureus) [5]. TiO2 khó khả năng tiêu diệt Escherichia coli, điều này đã dẫn đến phát triển phương pháp quang xúc tác khi sử dụng TiO2 trong môi trường nước, hạn chế của TiO2 là phải sử dụng tia UV để kích hoạt khả năng tiêu diệt vi khuẩn [6]. Khả năng phát triển cấu trúc nano ZnO trên các bề mặt đã cho thấy tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp quang điện tử và y sinh, như máy dò ảnh và phân phối thuốc cho liệu pháp tế bào ung thư. Các hạt nano Cu do các đặc tính sinh học, hóa học và vật lý độc đáo của chúng, các hoạt động kháng khuẩn cũng như chi phí điều chế thấp rất được các nhà khoa học quan tâm. Usman và cộng sự [7] đã đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng nấm của các hạt nano này trên một số vi sinh vật, bao gồm S. aureus, B. subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella choleraesuis và C. albican. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng ZnO được biết là có đặc tính kháng khuẩn đối với cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương, cũng như các bào tử vi khuẩn, chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Do đặc tính kháng khuẩn của nó, hạt nano ZnO có tiềm năng lớn để sử dụng trong sản xuất vải bông chống vi khuẩn và bao bì thực phẩm, cũng như các thiết bị y tế để ngăn ngừa nhiễm trùng, kháng khuẩn. Ví dụ, một nghiên cứu gần 12

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL TỔNG QUAN đây đã cho thấy rằng việc sử dụng các sợi nano ZnO trên giấy đã góp phần làm tăng giá trị của sản phẩm, vì vậy các vật liệu nano này có thể được sử dụng để sản xuất khẩu trang, khăn giấy, giấy dán tường và viết giấy có đặc tính kháng khuẩn [8]. Đồng được sử dụng trong sơn để làm cho bề mặt tự khử trùng cũng đã được chứng minh [9]. Gần như tất cả các loại sơn có chứa đồng đều có tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật được thử nghiệm (S. aureus, E. coli, P. aeruginosa và E. faecalis) trong vòng 24 giờ sau khi tiếp xúc. Điều này dẫn đến việc sử dụng đồng trong sơn để giảm sự hình thành màng sinh học và vi sinh vật trong tàu, thuyền [10]. Tuy nhiên, quá trình oxy hóa nhanh chóng các hạt nano Cu khi tiếp xúc với không khí làm hạn chế ứng dụng của chúng [7, 11]. Mahapatra và cộng sự đã thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano CuO chống lại Klebsiella pneumoniae, P. aeruginosa, Salmonella paratyphi và các chủng Shigella. Theo báo cáo của họ, các hạt nano này chỉ thể hiện kháng khuẩn chống lại các vi khuẩn được đề cập. Các tác giả tin rằng các hạt nano xâm nhập qua màng tế bào vi khuẩn và sau đó làm hỏng các enzyme quan trọng của vi khuẩn là những yếu tố quan trọng làm chết tế bào [11]. Azam và cộng sự [12] báo cáo hoạt động kháng khuẩn phụ thuộc vào kích thước của hạt nano CuO. Họ đã nghiên cứu các hoạt động kháng khuẩn của hạt nano CuO chống lại hai loại vi khuẩn Gram dương (S. aureus và B. subtilis) và hai loại vi khuẩn Gram âm (Pseudomonas aeruginosa và E. coli). Theo kết quả của họ, hạt nano CuO thể hiện tác dụng ức chế chống lại cả hai nhóm vi khuẩn được đề cập. Các tác giả kết luận rằng hoạt động diệt khuẩn của các hạt nano này phụ thuộc vào kích thước, sự ổn định và nồng độ của chúng được thêm vào môi trường tăng trưởng. Các tác giả tuyên bố rằng, các hạt nano kim loại hạn chế sự phát triển của vi khuẩn thông qua các lỗ chân lông nano tồn tại trên màng tế bào của hầu hết các vi khuẩn. 13