การฆ่าเชื้อโรคในอากาศ
ไบโอแอโรซอลเป็นอนุภาคในอากาศที่มีต้นกำเนิดจากสิ่งมีชีวิต รวมถึงไวรัส แบคทีเรีย เชื้อรา ซึ่งมีศักยภาพที่จะทำให้เกิดโรคติดเชื้อ ภูมิแพ้ หรือสารพิษได้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พบว่าไบโอโมเลกุลในอากาศภายในอาคารจะสะสมอยู่ในตัวกรองระบบทำความร้อน ระบายอากาศ และปรับอากาศ (HVAC) เป็นจำนวนมาก [117]เชื่อกันว่ามลภาวะทางอากาศภายนอกอาคารและการติดตั้งระบบ HVAC ที่ไม่เพียงพอมักส่งผลให้คุณภาพอากาศภายในอาคารแย่ลงนอกจากนี้ วัสดุอินทรีย์หรืออนินทรีย์ที่สะสมอยู่บนตัวกลางกรองหลังจากการกรองอากาศยังมีส่วนทำให้จุลินทรีย์เจริญเติบโตอีกด้วยองค์การอนามัยโลกประมาณการว่า 50% ของการปนเปื้อนทางชีวภาพในอากาศภายในอาคารเกิดจากระบบการจัดการอากาศและการสะสมของจุลินทรีย์ที่ไม่เป็นอันตราย เช่น แบคทีเรียและเชื้อราพบเชื้อโรคในตัวกรองอากาศเชื้อโรคเหล่านี้ส่วนใหญ่ผลิตไมโคทอกซินซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้นการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในตัวกรองอากาศจะลดลงโดยการผสาน นาโนซิลเวอร์ ป้องกันแบคทีเรียเข้าไว้ในตัวกรองอากาศ
ผลการต่อต้านเชื้อแบคทีเรียของ นาโนซิลเวอร์ ต่อการปนเปื้อนของแบคทีเรียในตัวกรองคาร์บอนกัมมันต์ (ACF) ได้รับการศึกษาโดย Yoon และคณะ[117]ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า “ACF Filter” ที่เคลือบด้วย อนุภาคนาโนเงิน สามารถกำจัดสิ่งสกปรกทางชีวภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพการวิเคราะห์ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของแผ่นกรอง “ACF” ที่เคลือบด้วย นาโนซิลเวอร์ พบว่าแบคทีเรีย 2 ชนิด คือ “Bacillus subtilis” และ “E. coli” ถูกยับยั้งได้หมดภายใน 10 และ 60 นาที ตามลำดับ
พบว่าการเคลือบ นาโนซิลเวอร์ ไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกรอง ACF เช่น การลดลงของความดันและประสิทธิภาพการกรอง อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการดูดซับลดลงเนื่องจากการเคลือบ อนุภาคนาโนเงิน ดังนั้น ผู้เขียนจึงแนะนำว่าควรปรับปริมาณอนุภาคนาโนเงินบน “ตัวกรอง ACF” ให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการลดคุณสมบัติการดูดซับมากเกินไป และเพื่อแสดงฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพ
เมื่อเร็วๆ นี้ Jung et al.[118] เตรียมอนุภาคไฮบริด (Ag/CNT) ที่เคลือบด้วยนาโนอนุภาคเงินด้วยคาร์บอนนาโนทิวบ์ (CNTs) โดยใช้การพ่นละอองลอยและกระบวนการระเหย/ควบแน่นด้วยความร้อน และตรวจสอบความสามารถในการนำไปใช้สำหรับการกรองอากาศป้องกันแบคทีเรียละอองของ CNT และ AgNPs ผสมกันและเกาะติดกันจนกลายเป็น Ag/CNTs
ทดสอบฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของตัวกรองเคลือบ Ag/CNT กับแบคทีเรียแกรมบวก S. epidermidis และแบคทีเรียแกรมลบ E. coliพบว่าเมื่อมีการสะสมของ Ag/CNTs บนพื้นผิวของตัวกลางกรองอากาศ พบว่าฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียในไบโอแอโรซอลที่ทดสอบจะเพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการสะสมของ CNTs หรือ AgNPs เพียงอย่างเดียว ในขณะที่ความดันลดลงของตัวกรองและประสิทธิภาพการกรองของไบโอแอโรซอลก็คล้ายคลึงกับเมื่อการสะสมของ CNT เกือบเป็นศูนย์
มีรายงานว่าพื้นที่ผิวของอนุภาคนาโนเงินได้รับการปรับปรุงโดย CNT ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ Ag/CNT มีประสิทธิภาพในการกรองป้องกันเชื้อแบคทีเรียที่สูงกว่า Ag-NP บริสุทธิ์ ตัวกรองอากาศโพลีเมอร์ที่ทำจากโพลีโพรพีลีนและซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO3) ได้รับการทดสอบเพื่อการอยู่รอดของแบคทีเรีย [119]
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเติมสารต่อต้านแบคทีเรีย AgNO3 ลงในตัวกรองมีประสิทธิภาพในการป้องกันไม่ให้แบคทีเรียเข้ามาอาศัยในตัวกรอง การปรากฏตัวของสารประกอบต่อต้านเชื้อแบคทีเรีย AgNO 3 ในตัวกรองอากาศทำให้จำนวนแบคทีเรียลดลง ซึ่งพบในกรณีของแบคทีเรียทั้งแกรมลบและแกรมบวกสายพันธุ์ Micrococcus luteus, Micrococcus roseus, B. subtilis และ Pseudomonas luteola
การลดลงอย่างเห็นได้ชัดในการเจริญเติบโตของเซลล์แบคทีเรียบนตัวกรองที่ผ่านการบำบัดด้วยเงินทำให้เทคโนโลยีการบำบัดตัวกรองป้องกันแบคทีเรียเป็นสิ่งจำเป็นอย่างแท้จริงในอนาคต
การฆ่าเชื้อในน้ำ
การฆ่าเชื้อน้ำดื่ม
– น้ำเป็นหนึ่งในสสารที่สำคัญที่สุดในโลกและเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด พื้นผิวโลกประมาณ 70% ถูกปกคลุมด้วยน้ำ แต่มีเพียง 0.6% เท่านั้นที่มีความเหมาะสมต่อการบริโภคของมนุษย์
น้ำดื่มที่ปลอดภัยถือเป็นปัญหาสุขภาพและสังคมที่สำคัญในประเทศกำลังพัฒนาหลายประเทศ [120] ตามข้อมูลของ WHO ประชากรอย่างน้อย 1 พันล้านคนไม่มีน้ำดื่มที่ปลอดภัยเข้าถึง การปนเปื้อนของน้ำดื่มและการระบาดของโรคทางน้ำที่ตามมาเป็นสาเหตุหลักของการเสียชีวิตในประเทศกำลังพัฒนาหลายประเทศ [121]
นอกจากนี้ การแพร่ระบาดและอุบัติการณ์ของโรคติดเชื้อหลายชนิดเพิ่มขึ้นทั่วโลก ดังนั้น การรักษาเพื่อควบคุมการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ในน้ำและลดจำนวนโรคที่แพร่กระจายทางน้ำจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง
เกิดความสนใจอย่างมากในการใช้ นาโนซิลเวอร์ ในการฆ่าเชื้อในน้ำ สารเคมีที่สร้างอนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) สามารถทำให้เป็นเนื้อเดียวกันบนวัสดุที่มีรูพรุนเพื่อสร้างคอมโพสิตนาโนเงินที่มีรูพรุนได้ โดยใช้ 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) เป็นโมเลกุลคู่ขนาน [122]
คอมโพสิตนี้สามารถเก็บรักษาไว้ได้เป็นเวลานานและมีความทนทานระหว่างการซักโดยไม่สูญเสีย NPsคุณสมบัติต้านเชื้อแบคทีเรียของโฟม AgNPs ซึ่งใช้เป็นตัวกรองน้ำต้านเชื้อแบคทีเรียได้รับการทดสอบกับเชื้อ E. coli
พบว่าที่อัตราการไหล 0.01 ลิตร/นาที จำนวนเชื้อ E. coli ในน้ำทิ้งเป็นศูนย์ ในขณะที่น้ำที่ไหลเข้ามีปริมาณแบคทีเรีย 105 CFU ml−1ยังได้รับการยืนยันอีกด้วยว่าพันธะระหว่างโมเลกุล AgNP กับโฟมนั้นมีพื้นฐานอยู่บนพันธะประสานงานระหว่างกลุ่ม -NH2 ที่ปลายโมเลกุล APTES และอะตอมเงินบนพื้นผิวของ NP
การเชื่อมต่อประเภทนี้จะช่วยให้แน่ใจว่าโมเลกุล AgNP จะถูกยึดอย่างแน่นหนากับผนังช่องด้านในของเซรามิกที่มีรูพรุน เพื่อให้สามารถปล่อยไอออนเงินในปริมาณที่เพียงพอเพื่อต่อสู้กับแบคทีเรียได้คอมโพสิตเซรามิกที่มีรูพรุนระดับ นาโนซิลเวอร์ ดังกล่าวได้รับการทดสอบสำหรับการทำให้บริสุทธิ์น้ำดื่มสำเร็จแล้ว [123]นอกจากนี้ โมเลกุล AgNP สามารถเคลือบบนโฟมโพลียูรีเทน (PU) ทั่วไปได้ โดยการสัมผัสสารเคมีข้ามคืน
AgNPs คอลลอยด์ [124]NPs จะมีเสถียรภาพบนโฟมและไม่ถูกชะล้างด้วยน้ำ และรูปร่างของโฟมจะยังคงอยู่หลังจากการเคลือบพันธะ NP เกิดจากปฏิสัมพันธ์กับอะตอมไนโตรเจนของ PUเมื่อถึงอัตราการไหล 0.5 ลิตรต่อนาที หลังจากนั้นไม่กี่วินาที จำนวน E. coli ที่ได้ออกมาจะเป็น 0 ในขณะที่น้ำที่เข้ามาจะมีจำนวนแบคทีเรีย 105 CFUml-1
นอกจากนี้ โมเลกุล AgNP ยังถูกสร้างขึ้นบนอนุภาค “โคพอลิเมอร์กรดเมทาคริลิก” ที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ได้สำเร็จสำหรับการฆ่าเชื้อในน้ำ [125]สิ่งนี้บ่งชี้ว่า AgNP ที่เกิดขึ้นบนอนุภาคโคพอลิเมอร์เหล่านี้โดยปฏิกิริยารีดักชันทางเคมีนั้นมีความเสถียรเมื่อถูกชะล้างใต้น้ำ และความเสถียรของ AgNP เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่าง AgNP กับกลุ่มฟังก์ชันคาร์บอกซิลิก “–COO−” บน “อนุภาคโคพอลิเมอร์”
ไมโครสเฟียร์โพลิเมอร์ที่ประกอบด้วย นาโนซิลเวอร์ แสดงให้เห็นประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียแกรมลบ 2 สายพันธุ์ (E. coli, P. aeruginosa) และแบคทีเรียแกรมบวก 2 สายพันธุ์ (B. subtilis, S. aureus) ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงอนุภาคโคพอลิเมอร์ที่จับคู่กับ AgNPs มีประสิทธิภาพในการลดจำนวนแบคทีเรียให้เป็นศูนย์สำหรับสายพันธุ์ที่ทดสอบทั้งหมดการวิเคราะห์การดูดซับหรือการยึดเกาะของแบคทีเรียแสดงให้เห็นว่า “อนุภาคโคพอลิเมอร์” ที่ประกอบด้วย อนุภาคนาโนเงิน “ไม่มีการดูดซับ/การยึดเกาะของเซลล์แบคทีเรีย”
การฆ่าเชื้อในน้ำใต้ดินและน้ำเสียด้วยวิธีการทางชีวภาพ
ผลกระทบของ นาโนซิลเวอร์ ต่อชุมชนจุลินทรีย์ในโรงงานบำบัดน้ำเสียได้รับการประเมิน [126] และพบว่าไบโอฟิล์มน้ำเสียเริ่มต้นมีความทนทานต่อการบำบัดด้วย AgNP สูง
ด้วยการใช้ Ag-NPs 200 มก. -1 การลดลงของแบคทีเรียไบโอฟิล์มที่วัดได้จากการนับจำนวนแผ่นเฮเทอโรโทรฟิกนั้นแทบไม่มีนัยสำคัญหลังจากผ่านไป 24 ชั่วโมงไบโอฟิล์มสามารถให้การปกป้องทางกายภาพแก่แบคทีเรียภายใต้เงื่อนไขการบำบัดด้วย AgNP และสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (EPS) อาจมีบทบาทสำคัญในการปกป้องนี้
ความอ่อนไหวต่อ นาโนซิลเวอร์ แตกต่างกันออกไปสำหรับจุลินทรีย์แต่ละชนิดในชุมชนจุลินทรีย์ไบโอฟิล์มการศึกษาแสดงให้เห็นนัยสำคัญสองประการ ได้แก่ (i) นาโนซิลเวอร์ สามารถส่งผลกระทบต่อโครงสร้างชุมชนจุลินทรีย์ไบโอฟิล์มในน้ำเสีย ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของแต่ละสายพันธุ์ เช่น ความสามารถในการผลิต EPS และอัตราการเจริญเติบโต และปฏิสัมพันธ์ของชุมชนระหว่างสายพันธุ์เหล่านี้และ Mpenyana-monyatsi และคณะ[127], (ii) ผลของ Ag-NPs ต่อเซลล์แพลงก์ตอน [127] แตกต่างจากผลของไบโอฟิล์มในน้ำเสีย
แบคทีเรียในไบโอฟิล์มที่ได้รับการบำบัดเป็นวัฒนธรรมบริสุทธิ์แยกกันมีความไวต่อ Ag-NP มากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับแบคทีเรียผสมในไบโอฟิล์มเมื่อไม่นานนี้ มีการพัฒนาวัสดุกรองชนิดใหม่ที่คุ้มต้นทุนซึ่งเคลือบด้วย นาโนซิลเวอร์ สำหรับการฆ่าเชื้อในน้ำใต้ดิน [127] ซึ่งเผยให้เห็นว่า อนุภาคนาโนเงิน สามารถสะสมบนเรซินซีโอไลต์ ทราย เส้นใยแก้ว แอนไออนิก และแคตไอออนได้สำเร็จ
ประสิทธิภาพของสื่อเหล่านี้เป็นระบบกรองน้ำป้องกันเชื้อแบคทีเรีย ซึ่งได้รับการทดสอบเพื่อกำจัดแบคทีเรียก่อโรค เช่น E. coli, S. typhimurium, S. dysenteriae และ V. cholera ในน้ำใต้ดินผลลัพธ์แสดงให้เห็นประสิทธิภาพการกำจัดแบคทีเรียสูงสุดของตัวกรองเรซิน Ag/cation โดยสามารถกำจัดแบคทีเรียเป้าหมายได้ทั้งหมด (100%) และต่ำสุดโดยตัวกรอง Ag/zeolite ซึ่งมีอัตราการกำจัดอยู่ที่ 8-67%
อ้างอิง:
ปูนัม แวร์มา 1
ซันจีฟ กุมาร มาเฮชวารี 2
1 นักวิจัย ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพ มหาวิทยาลัย IFTM เมืองโมราดาบัด ประเทศอินเดีย
2 ศาสตราจารย์ สถาบันวิทยาศาสตร์ชีวภาพและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัย Shri Ramswaroop Memorial ถนน Lucknow-Deva ประเทศอินเดีย
