Ứng dụng của hạt nano bạc trong lĩnh vực thú y

Bạc là một nguyên tố thuộc nhóm kim loại nặng với nhiều tính năng đa dạng, vô cùng có giá trị đối với con người, đặc biệt là trong bối cảnh kháng kháng sinh ngày càng gia tăng. Một tính năng đặc biệt của bạc là khả năng tiêu diệt vi khuẩn, vi-rút và nấm (Maillard và cộng sự, 2016). Dù chưa hiểu rõ hoàn toàn về cơ chế hoạt động hay phổ tác dụng của bạc, nhưng nó đã được sử dụng trong y học suốt hàng thiên niên kỷ. Tuy nhiên, từ khi kháng sinh ra đời, việc sử dụng bạc trong điều trị vết thương đã giảm đáng kể.

Những phát hiện mới liên quan đến sự phát triển nhanh chóng của nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau đã làm nổi bật tiềm năng to lớn của việc sử dụng bạc dưới dạng hạt nano (NPS).

Trong những năm gần đây, các hạt nano bạc (AgNP - dạng hoạt tính của bạc) đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Việc sử dụng AgNP đã trở nên phổ biến đến mức các nhà khoa học trong lĩnh vực độc chất học môi trường chỉ ra rằng việc sử dụng các hạt nano, bao gồm cả AgNP ngày càng tăng nhanh, trong một số trường hợp có thể ảnh hưởng xấu đến môi trường (Auffan và cộng sự, 2009). Vì lý do này, người ta đã đưa ra giả thuyết rằng những thành tựu của công nghệ nano bạc chủ yếu có thể áp dụng cho các lĩnh vực y tế và dược phẩm.

Công nghệ nano

Như đã đề cập, việc sử dụng bạc dưới dạng hạt nano đã được thực hiện nhờ công nghệ nano. Công nghệ này cho phép chúng ta tạo ra và kiểm soát các cấu trúc, vật liệu có kích thước siêu nhỏ, ở mức nanomet – tức là kích thước tương đương với các nguyên tử và phân tử. Để dễ hình dung, "nano" là tiền tố biểu thị hệ số nhân 0,000 000 001 = 10^-9 hay một phần tỷ.

Quá trình tạo ra các hạt nano có thể thực hiện theo hai cách. Phương pháp "top-down" (từ trên xuống) nghĩa là cắt nhỏ vật liệu cho đến khi các hạt đạt kích thước nanomet. Trong khi đó, phương pháp "bottom-up" (từ dưới lên) nghĩa là bắt đầu từ những nguyên tử đơn lẻ để xây dựng lên các cấu trúc nano.

Tác động của công nghệ nano đến tính chất vật lý và hóa học của vật liệu

Khả năng đặc biệt quan trọng của các hạt nano là có thể xuyên qua hầu hết các hàng rào, bao gồm cả hàng rào sinh học, điều này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hoạt động chống lại vi sinh vật.

Đặc tính thực tiễn quan trọng thứ hai của các hạt nano là sự phát triển của diện tích bề mặt đặc trưng của nano. Đối với vật liệu nano, thông số này rất cao, ví dụ, diện tích bề mặt đặc trưng của các hạt nano silicon chứa trong một thể tích bằng một giọt mưa tương đương với diện tích hạt mưa so với một sân bóng đá lớn. Điều này đặc biệt quan trọng trong sự tương tác với hoạt động của vi sinh vật của các hạt nano, trong đó cơ chế tiếp xúc là cần thiết (Pullit và cộng sự, 2010). AgNP là mối quan tâm rộng rãi nhất đối với các nhà nghiên cứu.

Đối với bạc, các hạt nano đã thay thế bạc ion rộng rãi vì nhiều lý do được đề cập ở trên. Điều quan trọng trong trường hợp được trình bày là AgNP an toàn hơn đáng kể so với bạc ion và tiềm năng kháng khuẩn của chúng có thể được tăng lên rõ rệt theo nhiều cách, bao gồm kết hợp với các loại kháng sinh cụ thể (Chojniak và cộng sự, 2018).

Có nhiều khái niệm khác nhau về cách các hạt nano bạc tác động lên vi sinh vật để tạo ra tác dụng diệt khuẩn.

Đầu tiên, các hạt nano bạc có khả năng bám vào và xâm nhập vào thành tế bào vi khuẩn, dẫn đến phá vỡ tính thấm của màng tế bào, điều này có thể làm chết tế bào.

Khái niệm phổ biến thứ hai liên quan đến khả năng giải phóng ion bạc của các hạt nano. Các ion này có thể tương tác với các nhóm thiol của nhiều enzyme quan trọng và làm bất hoạt chúng. Các tế bào vi khuẩn tiếp xúc với bạc sẽ "hấp thụ" các ion bạc. Khi các ion bạc tự do được hấp thụ vào tế bào, các enzyme hô hấp có thể bị bất hoạt, tạo ra các dạng oxy phản ứng, kết hợp cùng những yếu tố khác để tấn công tế bào. Điều đáng chú ý là bạc có ái lực cao với lưu huỳnh và phosphor. Sự tương tác của các ion bạc với DNA lưu huỳnh và phosphor có thể gây khó khăn cho quá trình sao chép DNA, tăng sinh tế bào và thậm chí gây chết vi sinh vật. Các ion bạc cũng có thể ức chế quá trình tổng hợp protein bằng cách làm biến tính ribosome trong tế bào chất.

Các khái niệm được trình bày ở trên là những khái niệm được thảo luận phổ biến nhất.

Khả năng sử dụng hạt nano bạc trong lĩnh vực thú y

Các nghiên cứu đã chứng minh và khẳng định rõ ràng rằng hạt nano bạc (AgNPs) có khả năng tiêu diệt và ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, nấm, và động vật nguyên sinh (Speruda và cộng sự, 2019). Ngoài ra, hạt nano bạc còn có tác dụng kháng virus. Với những đặc tính này, hạt nano bạc được xem là có khả năng khử trùng.

Trong lĩnh vực thú y, đặc biệt là chăm sóc sức khỏe heo, hạt nano bạc đã được sử dụng hiệu quả trong việc điều trị vết thương ngoài da do các nguyên nhân như hành vi cắn nhau (Hình 3).

Các chế phẩm có chứa hạt nano bạc ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các trang trại chăn nuôi heo để khử trùng hệ thống nước.

Các hạt nano bạc đang trở thành một yếu tố quan trọng trong nhiều khía cạnh của an toàn sinh học, bao gồm khử trùng định kỳ và liên tục (khử trùng các khu chuồng nuôi), ví dụ, bằng cách phun sương.

Nghiên cứu của Tarasiuk & Wojciechowski (2022) đã so sánh hiệu quả của việc khử trùng được thực hiện bằng sản phẩm có chứa AgNP với việc khử trùng được thực hiện bằng sản phẩm iodophor. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng sản phẩm có chứa AgNP trong quá trình khử trùng định kỳ các chuồng trại có tác dụng đáng kể trong việc giảm số lượng vi sinh vật gây ô nhiễm môi trường và cho kết quả tốt hơn so với khử trùng bằng sản phẩm iodophor. Việc giảm khả năng lây nhiễm được phản ánh trong kết quả sản xuất. Tỷ lệ tử vong của heo ở các chuồng trại được khử trùng bằng sản phẩm AgNP thấp hơn đáng kể so với nhóm đối chứng dương – các chuồng được khử trùng bằng sản phẩm iodophor. Đồng thời, nghiên cứu đã chỉ ra rằng chi phí điều trị trên mỗi heo thịt xuất chuồng đã giảm xuống. Ở nhóm đối chứng dương, chi phí chăm sóc thú y, trên mỗi cá thể có cân nặng từ 30 kg đến khi kết thúc vỗ béo là 5,69 PLN. Ở nhóm thử nghiệm, chi phí điều trị ở mức tương đương là 4,02 PLN. Có thể nói rằng chi phí điều trị đã giảm 30%. Hiện nay, các sản phẩm nano bạc có giá cao hơn một chút mặc dù dự kiến ​​giá sẽ giảm khi nhu cầu sử dụng tăng lên.

Cần lưu ý rằng các loại sơn chứa hạt nano bạc (với nồng độ 30 ppm) đã có mặt trên thị trường trong vài năm qua. Nồng độ bạc này ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật trên các bề mặt được sơn. Loại sơn này được sử dụng để sơn tường trong các cơ sở chế biến thực phẩm. Ý tưởng sử dụng các loại sơn này để sơn các bề mặt trong trang trại chăn nuôi không chỉ có ý nghĩa trong việc kiểm soát vi sinh vật, mà còn cả côn trùng gây hại, đặc biệt là ruồi.