Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc trong nuôi trồng thủy sản

Định nghĩa về nano bạc (AgNPS) 

Nano bạc bao gồm các hạt bạc có kích thước nano, khoảng từ 1-100 nanomet. Hiện nay, các hạt Nano kim loại đang bắt đầu được sử dụng như bạc (Ag), vàng (Au) và đồng (Cu). Trong đó, hạt nano bạc có AgNPS được trú trọng nghiên cứu nhất bởi khả năng kháng khuẩn tuyệt vời đối với virus, vi khuẩn và nấm.  

Đó cũng là lý do công nghệ nano có ứng dụng cao trong việc xử lý nước, khử trùng ao nuôi và kiểm soát bệnh thủy sản trong ngành nuôi trồng thủy sản hiện nay. Chính vì thế các hạt Nano AgNPs đã thu hút được ngành nuôi trồng thủy sản. 

Kích thước : Các AgNPs có kích thước nhỏ giúp chúng có khả năng xâm nhập dễ dàng vào một số màng tế bào như thành của tế bào vi khuẩn. 

Hình dạng: Hiệu quả kháng khuẩn của AgNPs phụ thuộc nhiều vào hình dạng của chúng, các AgNPs hình chữ nhật có khả năng kiểm soát vi khuẩn tốt hơn hình tam giác. 

Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc 

Theo các nhà khoa học Nga, hiện nay có nhiều lý thuyết về cơ chế tác dụng diệt vi khuẩn của nano bạc đã được đề xuất, trong đó lý thuyết hấp phụ được nhiều người chấp nhận hơn cả. Bản chất của thuyết này là ở chỗ 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 vi khuẩn và ion Ag+ được hấp phụ lên đó, các ion này sau đó xâm nhập vào bên trong tế bào vi khuẩn và vô hiệu hóa chúng. 

Sơ đồ cơ chết diệt khuẩn của nano bạc. Ảnh: nanobacsuper

- Cơ chế thứ nhất: Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na₊ và Сa₂₊ qua màng tế bào, ngăn cản quá trình trao đổi chất (Hình A). 

- Cơ chế thứ hai: Phá vỡ màng tế bào, Oxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn, phá hủy nguyên sinh chất bởi oxi hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của Bạc (Hình B). 

- Cơ chế thứ ba: Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn các quá trình ôxy hóa cũng như Phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn (Hình C). 

- Cơ chế thứ tư: vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấu trúc DNA của tế bào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến cấu trúc DNA_ Hình D). 

5 ứng dụng của nano bạc trong nuôi trồng thủy sản  

Sản xuất thức ăn thủy sản 

Một trong những ứng dụng công nghệ nano quan trọng nhất trong nuôi trồng thủy sản là sản xuất thức ăn trong đó việc sử dụng nano được chứng minh là có hiệu quả đối với phân phối vi chất dinh dưỡng,lượng thức ăn được sản xuất trên một đơn vị thời, và thúc đẩy tăng trưởng, tiêu diệt độc tố nấm mốc (ví dụ nano bạc) 

Kiểm soát dịch bệnh  

Ngành nuôi trồng thủy sản đã phải đối mặt với nhiều vấn đề với mầm bệnh (vi khuẩn, nấm và vi rút) thường được kiểm soát bằng thuốc khử trùng hóa học và thuốc kháng sinh.  

Các chất khử trùng truyền thống (ví dụ: hydrogen peroxide và malachite green), kháng sinh (ví dụ, sulfonamide và tetracycline), và các chất tẩy giun sán (ví dụ, thuốc diệt côn trùng pyrethroid và avermectins) thường được sử dụng với số lượng lớn, nhưng có một số hạn chế như chi phí thuốc cao, tác động tiêu cực đến các sinh vật không phải mục tiêu, và tăng khả năng đề kháng của mầm bệnh. 

Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng việc sử dụng nano bạc (SNPs) như một chất kháng khuẩn tiềm năng, nhấn mạnh vào vi khuẩn kháng kháng sinh trong thủy sản, vắc xin dựa trên hạt nano và phát triển các công cụ cụ thể và nhạy cảm để chẩn đoán các bệnh do vi khuẩn, nấm và virus trong nuôi trồng thủy sản. 

Giảm thiểu sự thất thoát chất dinh dưỡng từ thức ăn 

Trong quá trình cho thức ăn trực tiếp vào nước, các chất dinh dưỡng có thể chuyển từ thức ăn viên sang nước. Dung dịch nano có thể được sử dụng như một chất bao bọc các chất dinh dưỡng có thể dễ dàng phân hủy khi tiếp xúc với nước. 

Nano bạc hỗ trợ giảm thất thoái chất dinh dưỡng cho thức ăn. Ảnh: nguoinuoitom.vn

Công nghệ nano trong xử lý nước thải, chất thải  

Ô nhiễm môi trường nước là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với sản xuất nuôi trồng thủy sản. Gần đây, việc ứng dụng các sản phẩm dạng nano dựa trên aerogel, polyme và vật liệu tổng hợp, các organoclays kỵ nước và các hạt nano được thiết kế từ tính để xử lý và lọc nước đã được nghiên cứu. 

Sử dụng nano bạc trong bao bì giúp thời gian bảo quản thủy sản lâu hơn 

Hạt nhựa được trộn chung với nano bạc có thể tạo ra hạt nhựa kháng khuẩn. Bao bì được sản xuất từ hạt nhựa kháng khuẩn có thể giúp làm tăng thời gian bảo quản thủy sản, nhờ vào cơ chế các hạt nano bạc thoát ra từ các lỗ xốp trên bao bì. 

Ngoài ra, nano bạc được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hiện nay. Có thể kể đến các lĩnh vực được ứng dụng nano bạc như: làm Gel nước rửa tay, dung dịch vệ sinh phụ nữ, kem đánh răng, sữa tắm, xà phòng, làm nước lau sàn (lau nhà ở, văn phòng làm việc, bệnh viện), làm khẩu trang nano bạc, khăn ướt, phủ lớp nano bạc trên vải để sản xuất quần áo trong bệnh viện, dung dịch nano bạc vệ sinh đồ chơi cho trẻ em, bảo quản hoa quả - nông sản sau thu hoạch,...