Ứng dụng của công nghệ nano
Khoa học công nghệ hiện đang trên đà phát triển mạnh mẽ. Trong đó, nổi bật nhất là công nghệ nano. Sự ra đời và phát triển của ngành công nghệ này đã tạo ra một bước ngoặt lớn trong quá trình phát triển của loài người.
Vậy Nano là gì?
Vật liệu nano là một loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, ống, hay các tấm mỏng,.. Có kích thước rất nhỏ khoảng từ 1 – 100 nanomet. Theo đó, công nghệ nano là công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước ở quy mô nanomet (khoảng 1-100 nanomet).
Công nghệ Nano được phát hiện và phát triển từ những năm đầu thế kỉ 21. Với hàng loại các thiết bị phân tích được sáng tạo nên. Nổi bật là kính hiển vi đầu dò quét có khả năng quan sát đến kích thước hàng nguyên tử hay phân tử. Tuy nhiên, trên thực tế các hạt nano đã tồn tại từ hàng triệu năm trong thế giới tự nhiên. Từ thế kỉ 10, các hạt nano đã được con người sử dụng, chế tạo ra các vật liệu nano. Nhưng lại không hề biết về nó. Cụ thể như con người đã chế tạo ra thủy tinh, gốm sứ với đa dạng kích thước, màu sắc khác nhau,…
Ứng dụng của vật liệu nano trong đời sống
Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ. Đây được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… và tác động đến toàn xã hội.
Trong y – sinh học
Các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập vào cơ thể. Giúp con người có thể can thiệp ở quy mô phân tử hay tế bào. Hiện nay, con người đã chế tạo ra hạt nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư…
Năng lượng
Nền công nghệ nano góp phần nâng cao chất lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng tính hiệu quả và dự trữ của pin và siêu tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn điện để vận chuyển điện đường dài…
Điện tử – cơ khí
Công nghệ nano giúp chế tạo các linh kiện điện tử nano với tốc độ xử lý cực nhanh. Chế tạo các thế hệ máy tính nano. Sử dụng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ. Chế tạo màn hình máy tính, điện thoại. Tạo ra các vật liệu nano siêu nhẹ, siêu bền. Sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
May mặc và thực phẩm
Ngành may mặc đã bước sang một trang mới khi áp dụng các hạt nano bạc. Loại nano này có khả năng thu hút và tiêu diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo. Ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao. Và đặc biệt, còn được sử dụng trong một số loại quần lót khử mùi.
Không dừng ở đó, công nghệ nano có thể khiến các loại thực phẩm này thay đổi hương vị cũng như giàu dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực phẩm. Ngoài ra, công nghệ nano cũng sẽ giúp lưu trữ thực phẩm được lâu hơn nhiều lần bằng cách tạo ra những vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn.
Môi trường
Công nghệ nano giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động đến môi trường. Cụ thể là đã chế tạo thành công các màng lọc nano. Góp phần lọc được các phân tử gây ô nhiễm; các chất hấp thụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn…
Cơ chế hoạt động của Nano Bạc, cách tiêu diệt vi khuẩn như thế nào?
Nano bạc là gì?
Nano bạc là dạng tồn tại của kim loại bạc ở kích thước Nano, nhờ đó diện tích bề mặt đặc hiệu của bạc tăng lên hàng triệu lần so với bạc thông thường. Kích thước phổ biến của các phân tử Nano bạc nằm trong khoảng từ 10-100 nm.
Tại sao Nano bạc có tính kháng khuẩn mạnh vượt trội?
Bạc là một kim loại có khả năng kháng khuẩn tuyệt vời nhất trên thế giới nhờ ion Bạc (Ag+). Mặc dù, ion kim loại qúy khác như Au, Pt, Pd, Ir và một số kim loại chuyển tiếp khác như Cu, Zn, Fe, Co, Ni cũng đều có khả năng diệt khuẩn, nhưng cho tới nay chỉ có ion bạc thể hiện tính năng đó mạnh nhất.
Ion Ag+ trong bạc chính là yếu tố trực tiếp có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật. Khi ở dạng muối bạc, dung dịch có Ag+ nên có tác dụng diệt khuẩn mạnh. Ở dạng Nano bạc, diện tích tiếp xúc của Bạc trở nên lớn hơn rất nhiều so với dạng thông thường chính vì vậy khả năng diệt khuẩn hiệu quả gấp bội.
Cơ chế kháng khuẩn của ion bạc có trong Nano Bạc
Hiện nay, cơ chế kháng khuẩn của các ion Bạc chưa rõ ràng nhưng, đa số các nhà khoa học đồng thuận với 03 cơ chế kháng khuẩn của ion Bạc như sau.
(1) Ion Bạc phá hủy chức năng hô hấp.
(2) Ion Bạc phá hủy chức năng của thành tế bào.
(3) Ion Bạc liên kết với DNA của tế bào vi sinh vật và phá hủy chức năng của chúng.
Cho tới thời điểm hiện tại, trong giới khoa học đang tồn tại một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn của bạc. Cơ chế diệt khuẩn của Bạc chủ yếu dựa trên sự tương tác tĩnh điện giữa ion bạc mang điện tích dương và bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện tích âm. Ngoài ra còn dựa trên khả năng vô hiệu hóa nhóm thiol trong men vận chuyển Oxy, hoặc trên sự tương tác của ion bạc với DNA dẫn đến sự đime hóa pyridin và cản trở quá trình sao chép DNA của tế bào vi khuẩn.
Các đích tác dụng lên vi khuẩn của Nano Bạc
Các nhà khoa học thuộc hãng Innovation Hàn Quốc cho rằng Bạc tác dụng lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các glycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng. Các ion bạc tương tác với các nhóm peptidoglycan và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến vi khuẩn bị tê liệt.
Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn được các nhà khoa học Trung Quốc tại ANSON mô tả như sau: khi ion Ag+ tác dụng với lớp màng của tế bào vi khuẩn nó sẽ phản ứng với nhóm sunfo hydrin –SH của phân tử men chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn. Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vi khuẩn bằng cách sản sinh ra Oxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt bạc.
Theo một số nhà khoa học Nga, lý thuyết hấp thụ giải thích khả năng diệt khuẩn của ion Bạc hiện đang được chấp nhận rộng rãi hơn cả. Theo đó, tế bào vi khuẩn bị vô hiệu hóa là do kết quả của quá trình tương tác tĩnh điện giữa bề mặt mang điện tích âm của tế bào và ion Ag+ được hấp thụ lên đó, các ion này sau đó xâm nhập vào bên trong tế bào vi khuẩn và vô hiệu hóa chúng. Đối với hạt nano bạc tác dụng trên vi khuẩn sẽ phải chuyển đổi từ hạt nano bạc sang ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên các vị trí mang điện tích âm trên vi khuẩn.
Khả năng diệt khuẩn của ion bạc không dựa trên đặc tính gây nhiễm của vi khuẩn như là đối với các chất kháng sinh, mà dựa trên cơ chế tác dụng lên cấu trúc tế bào. Bất cứ tế bào nào không có màng bền hóa học bảo vệ (vi khuẩn và virus thuộc cấu trúc loại này) đều chịu tác động của bạc. Các tế bào động vật máu nóng không chứa các lớp peptidoglycan, nên bạc không tác động được.
