Hiểu về nano bạc trong 5 phút

Vật liệu nano là vật liệu có kích thước nằm trong khoảng 1-100nm. Vật liệu này có rất nhiều ứng dụng vì khi thay đổi kích thước, cấu trúc, hình dạng, tính chất, hoạt tính của vật liệu sẽ thay đổi.¹ Hiện nay, hơn một nửa ứng dụng thương mại của vật liệu nano là từ hạt nano bạc (AgNPs), chiếm tới 55% thị phần².

Do ít nhất một chiều của vật liệu có kích thước nhỏ hơn 100nm nên diện tích bề mặt của AgNPs rất lớn, số lượng nguyên tử ở bề mặt cũng cao hơn nhiều so với bạc kim loại. Ngoài ra, AgNPs có nhiều tính chất khác như độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, ổn định, có tính xúc tác,³ và đặc biệt là khả năng diệt khuẩn, do đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xúc tác, quang tử, y sinh, năng lượng, v.v.⁴

AgNPs được chế tạo bằng nhiều phương khác nhau, tuy nhiên, có thể chia thành 3 nhóm chính gồm: hóa học, vật lý, và sinh học. Hóa học là phương pháp chế tạo phổ biến nhất, (ví dụ như khử AgNO₃). Quang hóa lại sử dụng tia UV hỗ trợ cho các quá trình hóa học. Phương pháp vật lý thường bao gồm các quá trình bay hơi, ngưng tụ, hoặc các quá trình đòi hỏi nhiều năng lượng khác, đồng nghĩa với chi phí cao, và đây cũng là điểm hạn chế của phương pháp này. Cách tiếp cận theo hướng sinh học sử dụng các quá trình sinh tổng hợp của cây trồng, vi khuẩn hoặc các sinh vật khác để chế tạo AgNPs.² Ưu điểm của phương pháp sinh học là thân thiện với môi trường, không độc hại, nhưng cần rất nhiều thời gian.

 

Bạc dưới dạng kim loại hoặc dung dịch bạc nitrat (AgNO₃) đã được sử dụng để xử lý các vết thương và vết loét từ cách đây hàng trăm năm. Tuy nhiên, khi xử lý vết thương bằng AgNPs, thời gian lành thương đã giảm đi đáng kể,² vì AgNPs vừa có khả năng diệt khuẩn, vừa có khả năng kháng viêm. AgNPs nổi bật nhất với khả năng diệt khuẩn với nhiều ứng dụng từ y sinh như điều trị vết thương, làm sạch răng miệng, ngăn khử mùi v.v đến các ứng dụng trong xử lý môi trường, dệt may và công nghiệp thực phẩm. AgNPs diệt vi khuẩn bằng nhiều cách như thay đổi cấu trúc màng tế bào, tương tác với nhóm sulfhydryl của protein, bất hoạt enzyme hô hấp, thay đổi cấu trúc DNA của vi khuẩn.³

Tính chất quang học đặc biệt của AgNPs cũng được ứng dụng trong chẩn đoán y sinh. Chúng ta biết rằng, quang phổ tán xạ Raman thường được dùng để nhận biết các nguyên tố hóa học do các nguyên tố khác nhau sẽ phản xạ lại ánh sáng ở các bước sóng khác nhau (gọi là phổ), và vàng và bạc thường được sử dụng để tăng cường tín hiệu của loại phổ này. Để tăng cường tín hiệu phổ Raman của các phân tử sinh học, AgNPs được gắn vào các đối tượng cần quan sát. Nhờ đó, người ta phát hiện được chi tiết tới phân tử protein, urea, trình tự DNA, RNA trong máu, và đây là công nghệ đầy triển vọng giúp chẩn đoán và phát hiện sớm các tế bào ung thư. Với cơ chế tương tự, việc sử dụng AgNPs để tăng cường tín hiệu phổ Raman còn có thể rất hữu ích trong nhiều lĩnh vực khác như khoa học vật liệu, phát triển thuốc, phân tích thực phẩm, phân tích môi trường, v.v.²

Vật liệu nano nói chung và AgNPs nói riêng có tiềm năng rất lớn trong các ứng dụng vận chuyển thuốc. Các hệ vận chuyển thuốc chứa vật liệu nano sẽ có độ hòa tan, độ ổn định, khả năng phân bố được cải thiện đáng kể so với thuốc thông thường. Vật liệu nano phản ứng lại với sự thay đổi pH trong môi trường, đem lại cơ chế giải phóng thuốc mới, nhắm đích tới khối u và các mô bị viêm.⁵ Theo một nghiên cứu, hỗn hợp (compozit) của AgNPs với Doxurubicini (Dox) và Alendronate (Ald) có hiệu quả điều trị ung thư tăng lần lượt 30 lần và 50 lần so với Dox và Ald, là hai loại thuốc thường được chỉ định để điều trị ung thư. Vì pH của khối u nguyên phát và di căn đều thấp hơn tế bào bình thường (có tính axit) nên đã kích hoạt quá trình giải phóng có chọn lọc Dox và Ald từ compozit của AgNPs.⁶

Mặc dù AgNPs có những ưu điểm vượt trội trong các ứng dụng y sinh, cũng cần phải xem xét đến độc tính của chúng trong từng ứng dụng cụ thể. Thông thường các hạt nano có kích thước càng nhỏ thì càng tỏ ra có nhiều độc tính hơn.^7,8 Các nhà khoa học khuyến cáo ngưỡng an toàn của AgNPs ở kích thước 7-20 nm cho hai loại tế bào của cơ thể người (HT1080, A431), và khuyến nghị sử dụng loại AgNPs này ở khoảng nồng độ 1,56-6,25 µg/mL để chữa lành vết thương.⁹ 

Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA), Cục bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) hay Hiệp hội Công nghệ Công nghiệp cho các sản phẩm kháng khuẩn (SIAA, Japan) tại Nhật đã cấp phép cho một số sản phẩm chứa AgNPs. Điều đó cho thấy tính an toàn của những sản phẩm này đối với cơ thể người. Năm 2014, Ủy ban châu Âu cũng ban hành một văn bản chính thức về AgNPs, trong đó chỉ ra rằng không có trường hợp nào gặp vấn đề về sức khỏe liên quan đến sử dụng AgNPs, tuy nhiên vẫn cần có thêm thông tin về tác động của loại vật liệu này, đặc biệt là tác động lâu dài.² 

Ban Truyền thông, Viện Nghiên cứu Công nghệ Plasma

 

Tài liệu tham khảo

1. I.Khana, K.Saeed, I.Khan (2019). Nanoparticles: Properties, applications and toxicities. Arabian Journal of Chemistry, 12 (7) 908-931
2. Zivic, F., Grujovic, N., Mitrovic, S., Ahad, I.U., Brabazon, D. (2018). Characteristics and Applications of Silver Nanoparticles. In: , et al. Commercialization of Nanotechnologies–A Case Study Approach. Springer, Cham. 
3. Krishnan PD, Banas D, Durai RD, Kabanov D, Hosnedlova B, Kepinska M, Fernandez C, Ruttkay-Nedecky B, Nguyen HV, Farid A, Sochor J, Narayanan VHB, Kizek R. Silver Nanomaterials for Wound Dressing Applications. Pharmaceutics. 2020 Aug 28;12(9):821
4. J. Helmlinge, C. Sengstock, C. Groß-Heitfeld, C. Mayer, T. A. Schildhauer, M. Köller, M. Epple, Silver nanoparticles with different size and shape: equal cytotoxicity, but different antibacterial effects, RSC Adv., 2016, 6, 18490-18501
5. Nasimi P, Haidari M. Medical Use of Nanoparticles: Drug Delivery and Diagnosis Diseases. International Journal of Green Nanotechnology. 2013;1. 
6. F. Benyettou, R. Rezgui, F. Ravaux, T. Jaber,  K. Blumer, M. Jouiad, L. Motte,  J.-C. Olsen,   C. Platas-Iglesias,  M. Magzoub, A. Trabolsi, Synthesis of silver nanoparticles for the dual delivery of doxorubicin and alendronate to cancer cells J. Mater. Chem. B, 2015, 3, 7237-7245
7. Yang EJ, Kim S, Kim JS et al (2012) Inflammasome formation and IL-1β release by human blood monocytes in response to silver nanoparticles. Biomaterials 33:6858–6867
8. Lim DH, Jang J, Kim S et al (2012) The effects of sub-lethal concentrations of silver nanoparticles on inflammatory and stress genes in human macrophages using cDNA microarray analysis. Biomaterials 33:4690–4699
9. Arora S, Jain J, Rajwade JM et al (2008) Cellular responses induced by silver nanoparticles: in vitro studies. Toxicol Lett 179:93–100