Nano bạc được gắn lên thảm trải sàn giúp kháng khuẩn, khử mùi hiệu quả
Các hạt nano bạc (Ag-NP) ngày càng được tích hợp nhiều trong nhiều loại sản phẩm, dệt may và trong chăm sóc sức khỏe, chủ yếu là do đặc tính kháng khuẩn của chúng. Nghiên cứu hiện tại đã điều tra hiệu quả kháng khuẩn và sự thay đổi màu sắc của thảm trải sàn được gắn các hạt nano bạc dạng keo thông qua một phương pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí. Ảnh hưởng của nồng độ keo đến hoạt động kháng khuẩn chống lại Escherichia coli và Staphylococcus aureus cũng như độ bền giặt đã được nghiên cứu. Kết quả tấm trải sàn xử lý bạc (ni lông 6 cọc) pha loãng 50 – 100 ppm cho hiệu quả kháng khuẩn vượt trội, giảm 99,42% Staphylococcus aureus và 79,25% Escherichia coli. Hơn nữa, hoạt tính sinh học của Ag-NP vẫn được duy trì ngay cả sau mười lần giặt. Việc loại bỏ các hạt nano bạc trong nước thải đã được nghiên cứu bằng quang phổ UV-khả kiến. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và EDX đã được sử dụng để xác nhận sự hiện diện của nano bạc trên bề mặt. Kết quả chỉ ra rằng vi khuẩn gram dương kháng bạc tốt hơn vi khuẩn gram âm. Chất kháng khuẩn thích hợp lắng đọng trên tấm trải sàn có thể ngăn mùi khó chịu và sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh.
GIỚI THIỆU
Trong vài thập kỷ qua, nhiều nỗ lực đã được thực hiện trong công nghệ nano và hạt nano do các đặc tính độc đáo và tiềm năng ứng dụng của chúng trong chăm sóc sức khỏe, y học, dệt may gia dụng và vệ sinh cũng như quần áo bảo hộ [1 – 4]. Ngày nay, mối lo ngại ngày càng tăng về mối nguy hiểm sức khỏe phát sinh trong quá trình điều trị y tế và điều trị khác do nhiễm vi khuẩn [5]. Các phương tiện che chắn cơ thể con người chống lại các mối đe dọa như vậy cần được phát triển, trong đó một trong những phương pháp phổ biến nhất là sản xuất hàng dệt kháng khuẩn để sử dụng trong quần áo bảo hộ, gạc và băng y tế [6]. Do sự gia tăng đáng kể trong việc sử dụng các sản phẩm diệt vi khuẩn, kháng vi-rút và diệt nấm, nên nhu cầu về chất kháng khuẩn của hàng dệt may thành phẩm là rất lớn. như một môi trường nuôi cấy tuyệt vời để kiểm soát sự phát triển của vi sinh vật và ngăn không cho hàng dệt bị hư hỏng có mùi, một vấn đề sức khỏe do vi sinh vật gây ra [7-9]. Các chất kháng khuẩn dựa trên bạc đã thu hút được nhiều sự chú ý không chỉ vì hoạt chất Ag không độc hại cho tế bào người mà còn do tính mới của chúng trong việc trở thành chất diệt khuẩn lâu dài với độ ổn định ở nhiệt độ cao và độ bay hơi thấp [10, 11].
Các hạt nano bạc cho thấy đặc tính kháng khuẩn mạnh và hiệu quả so với các tác nhân khác do tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn, giúp tiếp xúc tốt hơn với vi sinh vật [12 – 15]. AgNP xâm nhập vào bên trong màng tế bào và phản ứng với nhóm thiol, do đó ngăn chặn sự tổng hợp protein [16, 17].
Các dụng cụ gia đình đa chức năng, đặc biệt là thảm trải sàn có đặc tính kháng khuẩn, đã được tích cực phát triển để ngăn chặn sự lây nhiễm của con người và sự tiếp xúc của bất kỳ loại vi khuẩn nào trong môi trường sống của con người [18]. Diện tích bề mặt lớn và khả năng giữ ẩm của tấm trải sàn cũng hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật trên vải [19, 20]. Sử dụng hạt nano bạc dẫn đến sự gia tăng số lượng hạt trên một đơn vị diện tích, do đó tối đa hóa hiệu quả kháng khuẩn [21]. Mục đích của nghiên cứu này là xác định hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano bạc lắng đọng trên thảm nylon chống lại tụ cầuaureus và Escherichia colivi khuẩn. Vì một trong những thách thức trong việc phát triển các ứng dụng dệt may là giữ cho quy trình đơn giản và không tốn kém, nên người ta đặc biệt chú ý đến việc sử dụng một phương pháp dễ áp dụng. Do đó, bài báo này trình bày một phương pháp đơn giản và hiệu quả để xử lý kháng khuẩn cho thảm nylon có chứa các hạt nano bạc thông qua phương pháp phun.
THỰC NGHIỆM
Vật chất
Dung dịch được sử dụng là nano bạc dạng keo trong môi trường cồn có kích thước hạt trung bình 5 nm (0,8%) 8000 ppm do Công ty Narminchemie Iran cung cấp. Một tấm thảm bằng nylon có nhiều vòng được sản xuất bởi Palaz Moquette Co. Iran. Mẫu thảm ở dạng vòng lặp nylon (polyamide-6). Thảm được hình thành từ ba lớp, với lớp đầu tiên làm bằng sợi nylon, lớp thứ hai – polypropylen và lớp thứ ba là polyester không dệt được gắn với lớp thứ hai bằng nhựa tổng hợp.
Phương pháp
Đầu tiên, các dung dịch hạt nano bạc có nồng độ khác nhau (50, 75, 100 ppm) được chuẩn bị. Thể tích dung dịch được chọn dựa trên nồng độ nano bạc thích hợp theo thang ppm; nồng độ ban đầu là 80 ppm, được chọn trong khoảng 50 – 100 ppm. Sau đó mẫu thảm nylon được cắt theo kích thước 5×10 cm2
Ở đây, một phương pháp phun đã được sử dụng để thuận tiện cho việc bôi hợp chất kháng khuẩn lên thảm do cấu tạo của thảm. Do đó, 10 mL dung dịch hạt nano bạc có tỷ lệ phần trăm khác nhau được phun lên bề mặt thảm, sau đó các mẫu được đặt trong lò sấy ở 100°C trong 30 phút đến 90 phút. Sau đó các mẫu được xử lý được cắt thành kích thước nhỏ 0,5 × 1 cm2 và chuẩn bị cho thử nghiệm kháng khuẩn
Phương pháp thử nghiệm AATCC 100-2004 được áp dụng để đánh giá mức độ giảm vi khuẩn thông qua việc ngâm các mẫu đã xử lý trong dung dịch vi khuẩn. Hai loại vi khuẩn chính, một loại Gram dương (Staphylococcus aureus, AATCC 6538) và Gram âm (Escherichia coli , AATCC 11303), đã được chuẩn bị để thử nghiệm. Tất cả các mẫu được thử nghiệm trên hai vi khuẩn nuôi cấy theo tiêu chuẩn McFarland, 1,5 × 10số 8CFU/mL và 1 × 10-3 (0,5 McFarland). Các mẫu vô trùng đã chuẩn bị được ngâm trong 1 mL dung dịch pha loãng thích hợp trong ống nghiệm vi khuẩn (theo tiêu chuẩn McFarland). Các ống nghiệm chứa dung dịch thảm và vi khuẩn và được chuyển vào tủ ấm với nhiệt độ 37°C trong 24 giờ. Sau đó, các ống này được lấy ra khỏi tủ ấm và dung dịch được nhỏ lên đĩa để đánh giá đặc tính kháng khuẩn. Từ mỗi ống nghiệm, 0,1 mL huyền phù vi khuẩn trộn với thạch đậu nành trypticase nóng chảy (45°C) được nuôi cấy và đặt trong tủ ấm ở 37°C trong 24 giờ, sau đó đếm khuẩn lạc của vi khuẩn. Việc giảm vi khuẩn đã được tính toán với việc sử dụng phương trình 1
C=(B-A)*100%/A
trong đó C là tỷ lệ giảm vi khuẩn tính theo phần trăm CFU/ml, A là số lượng khuẩn lạc từ vải không được xử lý và B là số lượng khuẩn lạc của vi khuẩn hình thành từ vải được xử lý.
Ngoài ra, sự thay đổi màu sắc nổi bật hơn đáng kể trên thảm được nạp Ag-NP ở dạng keo có độ pha loãng cao. Màu thay đổi từ vàng sang nâu, xảy ra trong phản ứng oxy hóa, là nhược điểm chung của các hạt Ag. Thí nghiệm này đã cố gắng tìm ra một dung dịch pha loãng thích hợp không chỉ với đặc tính kháng khuẩn tuyệt vời mà còn tạo ra một tấm thảm không bị ố vàng. Để đánh giá sự thay đổi màu sắc của thảm, các chỉ số màu L*a*b* đã được đo và báo cáo. Ngoài ra, những thay đổi màu sắc đã được báo cáo dựa trên công thức của ∆E (phương trình 2).
Liên quan đến tầm quan trọng của việc xử lý hoàn thiện lâu bền và khám phá độ bền của bạc trên sản phẩm khi giặt nhiều lần, các mẫu là tiêu chuẩn được rửa từ 1 đến 10 lần bằng dung dịch tẩy rửa 1% (w/v) ở 60°C trong 20 phút, và cuối cùng thu được các đặc tính kháng khuẩn và so sánh.
Ngoài ra, quang phổ hấp thụ được đo bằng máy quang phổ UV-vis Cary 300 để cho thấy sự tồn tại của nano bạc trong nước thải giặt. Để có nghiên cứu chính xác về bề mặt thảm được xử lý và các hạt nano bạc, kính hiển vi điện tử quét (SEM: model LEO 440i , Anh) ở độ phóng đại 300 – 30000 đã được sử dụng. Phân tích tia X tán sắc năng lượng (EDX) cũng được sử dụng để xác nhận sự hiện diện của các hạt bạc [22].
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Bằng cách đếm số lượng vi khuẩn trong mẫu đối chứng và mẫu được xử lý, tỷ lệ phần trăm vi khuẩn giảm được xác định. Kết quả của việc giảm tất cả các nồng độ với hai vi khuẩn là báo cáo trong Bảng 1 và 2. Bảng 1 cho biết độ pha loãng tối thiểu của dung dịch hạt nano bạc (50 ppm = 0,05%) có đặc tính kìm khuẩn 99,99% ở 1,9 × 104 CFU/mL của vi khuẩn tụ cầu vàng và bằng cách tăng độ pha loãng lên đến 100 ppm, đã giảm được 99,99% vi khuẩn.
Lee và Jeong đã quan sát thấy khả năng kìm khuẩn 99,99% so vớitụ cầu vàng và K. pneumonia, trong khi nồng độ của dung dịch bạc keo là 10, 20 và 30 ppm trên vải polyester không dệt được xử lý bằng các hạt bạc 2 – 3 nm [23].
Bảng 1(xem trang 97) cho thấy bạc không chỉ giữ được độ bền sau nhiều lần giặt mà còn có đặc tính kháng khuẩn. Độ bền của đặc tính kháng khuẩn chống lại tụ cầu vàng nhiều hơn cho E coli. Tuy nhiên, sau 10 lần giặt, tỷ lệ diệt khuẩn giảm do các hạt nano bạc không được hấp thụ trên bề mặt sợi, đã được loại bỏ sau khi giặt. Tỷ lệ phần trăm giảm thấp so với sự gia tăng nồng độ của nano bạc nhưng nằm trong phạm vi hoạt động kháng khuẩn có thể chấp nhận được.
Các đặc tính kháng khuẩn cao nhất chống lại hai loại vi khuẩn khác nhau thu được ở 1,9 × 104CFU/mL (vi khuẩn thấp hơn) với 100 ppm nano bạc. Bảng 1 (xem trang 97) chỉ ra rằng bằng cách giảm độ pha loãng của vi khuẩn xuống 1,9 × 104CFU/mL, thu được chất kháng khuẩn thích hợp.
Sử dụng dung dịch nano bạc dạng keo với nồng độ 50 – 100 ppm cho khả năng kháng khuẩn tốt nhất mà không có sự thay đổi rõ rệt về màu sắc. Hình 1(xem trang 97) trình bày màu được tạo ra trên các mẫu được xử lý với các nồng độ khác nhau, và Hình 2 hiển thị các thay đổi màu sắc dựa trên ∆E.
Hơn nữa, để xác nhận sự hiện diện của các hạt nano bạc trong nước thải và độ bền của nó trong quá trình rửa nhiều lần, phương pháp quang phổ UV-vis đã được sử dụng. Các đường cong chỉ ra rằng có một cực đại ở khoảng 300 nm đối với dung dịch nano bạc, trong khi không có cực đại nào để xác nhận sự có mặt của nano bạc trong nước thải. Kết quả được hiển thị trong Hình 3.
Ảnh SEM và phân tích EDX thu được từ các mẫu đã xác nhận sự hiện diện của bạc trên bề mặt thảm. Ảnh SEM của các hạt nano được minh họa trong hình 4. Trong tất cả các hình ảnh SEM, Ag-NP hiển thị màu trắng sau 10 lần giặt lặp lại, khẳng định độ bền hợp lý đối với các đặc tính kháng khuẩn. Các mẫu EDX chỉ ra một đỉnh nhỏ liên quan đến Ag, do nồng độ bạc rất thấp (100 ppm) (Hình 5).
Theo kết quả trình bày trong bảng 2, Ag-NP cho thấy đặc tính kháng khuẩn rất tốt ngay cả ở nồng độ rất thấp so với độ pha loãng vi khuẩn tối đa 1,5 × 10 8 CFU/ml (0,5 McFarland).
Giảm vi khuẩn của thảm với 75, 100 ppm Ag-NPs chống lại tụ cầu vàng khoảng 98% sau lần giặt đầu tiên do độ bền cao của dung dịch hạt nano bạc. Điện trở của nano bạc giảm dần đặc biệt đối với tụ cầu vàng,cho thấy sức đề kháng rất thấp sau mười lần giặt. Cũng có một sự khác biệt nhỏ bằng cách tăng độ pha loãng từ 50 lên 100.
E coli có sức đề kháng cao hơn tụ cầu vàng chống lại chất kháng khuẩn nano bạc sau 10 lần giặt; tuy nhiên, khi tăng nồng độ bạc từ 50 ppm lên 100 ppm, khả năng kháng khuẩn đạt khoảng 79,25% sau 10 lần giặt.
Mục đích của nghiên cứu này là đưa ra các điều kiện nghiêm ngặt đối với một sản phẩm để xác định khả năng tồn tại tối đa của các hạt nano bạc đối với hai loại vi khuẩn. Hình 6 và 7(xem trang 100) cho biết số lượng khuẩn lạc trong môi trường và các mẫu được xử lý sau 10 lần rửa chống lại cả hai loại vi khuẩn.
Zheng và cộng sự. báo cáo rằng các loại vải bông được xử lý bằng bạc cho thấy tác dụng kháng khuẩn tuyệt vời và bền bỉ chống lại cả hai tụ cầu vàng và E.coli với mức giảm hơn 98,77% vi khuẩn ngay cả sau 20 lần giặt nhà liên tiếp [24]. Vesna et.al chỉ ra rằng các loại vải bông được nạp các hạt nano bạc từ 10 ppm và 50 ppm chất keo thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời chống lại E coli, tụ cầu vàng và nấm C. albicans. Mặt khác, trong một nghiên cứu khác, người ta báo cáo rằng các loại vải bông được nạp các hạt nano bạc với 10 ppm chất keo cho thấy độ bền giặt kém. Tuy nhiên, hiệu quả kháng khuẩn mong muốn của vải cotton được nạp hạt nano bạc từ chất keo 50 ppm vẫn được duy trì sau năm lần giặt [25]. Jantas chỉ ra rằng vải kháng khuẩn cho thấy tác dụng kháng khuẩn tuyệt vời chống lại E coli và có thể chịu được 50 lần giặt [26].
Suk-Woo và cộng sự. tiết lộ rằng nylon 6/ nano bạc sở hữu đặc tính kháng khuẩn tuyệt vời và tác dụng ức chế sự phát triển của tụ cầu vàng và k. pneumoniae [27]. Trong nghiên cứu này, vi khuẩn nhạy cảm nhất là tụ cầu vàng và E coli. Các thử nghiệm được thực hiện trên thảm chỉ ra rằng đặc tính kháng khuẩn Gram âm (E coli) cao hơn so với Gram dương (tụ cầu vàng). Nói chung, vi khuẩn gram dương dường như có khả năng chịu bạc tốt hơn so với các tế bào gram âm. Trước đây đã có báo cáo rằng vi khuẩn gram âm ít nhạy cảm hơn với hoạt tính kháng khuẩn của bạc. Sự đề kháng này có thể là do vi khuẩn Gram âm có thành tế bào phức tạp. Thành tế bào của Gram âm bao gồm lipid, protein và lipopolysacarit (LPS), giúp bảo vệ hiệu quả chống lại các chất diệt khuẩn, trong khi Gram dương không có LPS. Mặt khác, Gram dương có cấu trúc thành tế bào đơn giản, trong đó màng tế bào chất có một lớp peptidoglycan cứng bao gồm các mạng có nhiều lỗ, cho phép các ngoại phân tử đi vào tế bào mà không gặp bất kỳ khó khăn nào [28-30].
Mục đích của chúng tôi trong công việc này là lắp ráp các hạt nano bạc trên thảm bằng một phương pháp đơn giản áp dụng trong công nghiệp về mặt an toàn và ít tác động nhất đến môi trường. Nylon được chọn là polymer có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp do giá thành rẻ, khả năng tạo sợi vượt trội (độ đàn hồi), độ bền cơ học tốt, ổn định nhiệt và hóa học mạnh.
KẾT LUẬN
Mục đích của bài báo này là tìm ra một cách dễ dàng để áp dụng dung dịch nano bạc trên thảm trải sàn để có được tác dụng kháng khuẩn mà không thay đổi màu sắc. Việc sử dụng dung dịch nano bạc để loại bỏ vi khuẩn, do mức tiêu thụ kinh tế và khả năng ứng dụng hiệu quả của nó, được sử dụng rộng rãi so với các chất hoàn thiện khác. Bằng cách kiểm soát hoạt động của yếu tố gây bệnh, công nghệ này rất quan trọng đối với các ứng dụng hàng ngày. Do đó, nó đã được ưa chuộng hơn các phương pháp cải tiến và sản xuất khác vì hiệu quả cao, khả năng ứng dụng, khả năng tương thích với môi trường và độ bền. Đối với các hoạt động được thực hiện trên thảm nylon với tỷ lệ nano bạc rất thấp (50-100 ppm), mức độ loại bỏ vi khuẩn cao nhất đối với các loại vi khuẩn phổ biến nhất đã đạt được mà không làm thay đổi màu sắc đáng kể. Thêm vào đó, phương pháp phun có thể được áp dụng cho giai đoạn hoàn thiện cuối cùng của thảm hoặc thậm chí được sử dụng trong gia đình bằng cách phun trong quá trình sử dụng. Phổ UV-vis xác nhận rằng không có bạc trong nước thải rửa. Tỷ lệ khung hình cao này của đặc tính kháng khuẩn trên thảm mà không có bất kỳ tác dụng phụ nào của bạc đối với môi trường cho thấy tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực dệt may khác.
Nguồn tham khảo: Durable Anti-bacterial Nylon Carpet Using Colloidal Nano Silver