MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Hiện nay tình trạng nhiễm trùng sau nhập viện tại các bệnh viện và thực phẩm nhiễm khuẩn trong quá trình bảo quản và chế biến đang ở trong tình trạng báo động. Nhiễm khuẩn bệnh viện gây ra hệ lụy cho cả người bệnh và hệ thống y tế như kéo dài thời gian, tăng chi phí điều trị, tăng khả năng kháng kháng sinh do phải dùng kết hợp, có thể xảy ra biến chứng gây tử vong. Nhiễm khuẩn thực phẩm luôn là vấn đề quan tâm của cả xã hội đặt biệt là ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam. coli đặc biệt phát triển mạnh mẽ ở khí hậu nhiệt đới ẩm là nguyên nhân hàng đầu gây ngộ độc thực phẩm cũng như nhiễm khuẩn môi trường bệnh viện do tính phổ biến của mình.
coli là một nhóm loại vi khuẩn thường sống trong đường ruột người và động vật. Một số loại có thể gây ra nhiễm trùng đường ruột là căn bệnh nguy hiểm có thê dẫn đến tử vong. Triệu chứng và diễn biến có thể từ nhẹ dến nặng như tiêu chảy, mất nước đến sốt, suy thận hay biến chứng liên quan đến nhiễm trùng máu. Trước sự nguy hiểm tiểm ẩn từ các chủng khuẩn có hại các biện pháp kiềm chế hay tiêu diệt vi khuẩn đã được nghiên cứu trong suốt một quá trình dài.
Khử trùng hay diệt khuẩn hiện tại được áp dụng bằng nhiều phương pháp, chẳng hạn phương pháp vật lý (nhiệt độ, nhiệt ẩm, chiếu bức xạ ,,.), phương pháp hóa học (phenol và các hợp chất của phenol, cồn, clo và các hợp chất của clo, formaldehyde,.), phương pháp về vật liệu (bạc, đồng và hợp kim của đồng,…), phương pháp kháng sinh, việc chọn lựa phương pháp nêu trên phụ thuộc vào mục tiêu và điều kiện thực tế. Việc lạm dụng hay vượt liều trong một số phương pháp có thể gây ra tác hại. Kháng kháng sinh- Antimicrobial resistance (AMR) là một thách thức đối với sức khỏe cộng đồng toàn cầu, nó đã tăng tốc do lạm dụng kháng sinh trên toàn thế giới. Trang 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Tăng kháng kháng sinh là nguyên nhân gây nhiễm trùng nặng, biến chứng, thời gian nằm viện lâu hơn và tăng tỷ lệ tử vong.
Chiếu xạ năng lượng cao (bức xạ ion hóa) hiện nay trong bảo quản các sản phẩm nông nghiệp hiện đang được xem về việc ảnh hưởng lên vật chủ đang và tạo nên các lưu ý khi sử dụng,. Bức xạ có thể làm thay đổi mùi, vị, kết cấu, có thể khiến thịt heo chuyển màu đỏ, rau quả bị nhũn, trứng mất màu…. Tất cả loại chất bị chiếu xạ đều bị ảnh hưởng, tạo thành các chất mới gọi là "sản phẩm bức xạ" vốn không có trong thực phẩm tự nhiên. Phương pháp dùng ánh sáng (bức xạ không ion hóa) đã được xem xét là phương pháp có cơ sở và hiểu quả rõ ràng.
Mục đích Mục tiêu hàng đầu của nghiên cứu là sử dụng thành công hệ đèn bao gồm các chip LED tiên tiến có cấu trúc sợi nano trong bất hoạt E. coli trong điều kiện thí nghiệm. Trong đó: - Xác định được một phần tác động cơ chế hiệu ứng quang động trong bất hoạt vi khuẩn. - Khảo sát các thông số ảnh hưởng lên tính bất hoạt vi khuẩn dựa trên yếu tố về liều trong phòng thí nghiệm như thời gian chiếu, khoảng cách chiếu.
- Tìm hiểu, nghiên cứu các kết quả đặc trưng và giải thích trong điều kiện thí nghiệm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Tương tác giữa ánh sáng xanh (LED có cấu trúc sợi nano bước sóng 405 nm) và tế bào sinh học (vi khuẩn E.coli) sẽ sinh ra hệ quả có thể quan sát và ghi nhận làm kết quả sử dụng cho luận văn. Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn sẽ sử dụng các chip LED tiên tiến có cấu trúc sợi nano phát xạ ánh sáng xanh từ vùng 404.2 nm để thực nghiệm trên các loại vi khuẩn có hại. Chủng vi khuẩn được lựa chọn trong thí nghiệm mang các tính chất là vi khuẩn gây hại, phổ biến và có giống thuần chủng phục vụ trong nghiên cứu.
coli chủng ATCC 25922 dược dùng trong thực nghiệm thỏa mãn yêu cầu trên. Trang 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Do tính chất gây hại và nguy hiểm nên đòi hỏi khả năng thực hành và kinh nghiệm trong an toàn sinh học nên cần được ưu tiên. Ý nghĩa khoa học của đề tài Liệu pháp quang động- photodynamic therapy (PDT) là một kỹ thuật kháng khuẩn dùng để tiêu diệt các tế bào và phá hủy các mô sử dụng chất nhạy quang (PS) được kích hoạt bằng ánh sáng có bước sóng thích hợp thường là ánh sáng khả kiến [1]. Trạng thái tập hợp kích thích ban đầu của PS trải qua sự trao đổi năng lượng có thể tạo thành trạng thái bộ ba kích thích tồn tại lâu dài và hoạt động như một chất trung gian phản ứng để tạo ra các loại oxy phản ứng (ROS).
ROS được hình thành như một sản phẩm tự nhiên trong chu trình chuyển hóa của oxy có vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu tế bào và cân bằng nội mô. Với việc làm tăng ROS sẽ gây thiệt đáng kể cho cấu trúc tế bào và PDT là yếu tố gây ra sự gia tăng này. Về mặt khoa học, nghiên cứu về LED sợi nano giúp cải thiện hiểu biết về các tính chất vật liệu và quá trình điều khiển tín hiệu trong các thiết bị quang điện. Điều này là cần thiết để phát triển các ứng dụng mới cho các loại đèn LED.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ánh sáng xanh có thể kích hoạt các phản ứng sinh học quan trọng, bao gồm việc kích thích sự sản xuất collagen và tăng cường quá trình tái tạo tế bào. Ngoài ra, ánh sáng xanh còn có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn, virus và tế bào ung thư. Trong khoảng một thập kỷ trở về đây, đã có một lượng đáng kể các nghiên cứu báo cáo về việc dùng ánh sáng xanh trong bất hoạt các chủng vi khuẩn (antimicrobial blue light -aBL) như một phân nhánh được quan tâm trong PDT với bước sóng thuộc vùng ánh sáng xanh 400 -470nm. Một loạt xuất bản nhằm mục đích cập nhật những phát hiện từ các nghiên cứu mới, bao gồm hiệu quả của việc bất hoạt aBL trên các chủng vi khuẩn khác nhau, cơ chế hoạt động của nó, sự hỗ trợ của aBL với các chất kháng khuẩn khác hay ảnh hưởng của nó đối với tế bào và mô vật chủ, ….
Nghiên cứu sắp tiến hành sẽ cố gắng tìm hiểu sâu tương tác này và làm rõ hệ quả của tương tác với tế bào vi khuẩn trên cơ sở kế thừa một số thành quả đã được kiểm chứng. Trang 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Khảo sát yếu tố ảnh hưởng của hệ LED bước sóng 405 nm lên khả năng bất hoạt vi khuẩn Escherichia coli đóng góp cơ sở ứng dụng cho việc dùng ánh sáng như một yếu tố trong kiểm soát vi sinh vật nói chung và vi khuẩn có hại nói riêng. Việc ứng dụng trong bảo quản thực phẩm ở một quốc gia mà giá trị nông sản ngày càng được nâng cao như Việt Nam thực sự là một hướng đi thực tế hoàn toàn có thể xem xét. Ngoài ra, kiểm soát vi khuẩn trong không gian vô trùng trong y tế hay ứng dụng trong cảm biến sinh học liên quan đến nhận diện: mầm bệnh vi khuẩn, độc tố hay độ tươi trong an toàn thực phẩm cũng là một hướng đi có thể được quan tâm trong tương lai.
Cuối cùng, trong việc sử dụng ánh sáng khi thiết kế hệ thống có thể mang tính phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng. Kết quả của đề tài hướng đến là yếu tố phù hợp, khi thực sự dùng trong các trường hợp thực tế. Trong đó, việc lựa chọn giữa yếu tố ảnh hưởng khác nhau có thể cho ra kết quả không giống nhau cho từng một đích sử dụng. Tóm lại, việc sử dụng LED bước sóng 405 nm có thể mang lại nhiều lợi ích thực tiễn trong lĩnh vực an toàn vệ sinh thực phẩm, giúp tiết kiệm chi phí, tăng cường khả năng diệt khuẩn, không gây ô nhiễm môi trường và tăng cường hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Trang 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM TỔNG QUAN Giới thiệu về Đi-ốt phát quang (Light-Emitting-Diode LED) 2. Lịch sử Đi-ốt phát quang (LED) là một công nghệ đèn chiếu sáng hiện đại, được phát minh vào những năm 1960. Từ khi được phát minh đến nay, LED đã trải qua nhiều chặng đường và tiến hóa để trở thành một trong những công nghệ chiếu sáng tiên tiến nhất hiện nay. LED đầu tiên được phát minh vào năm 1962 bởi Nick Holonyak Jr tại Đại học Illinois, Hoa Kỳ.
LED đầu tiên có màu đỏ, được sản xuất bằng vật liệu bán dẫn GaAsP. Sau đó, vào năm 1972, LED màu lam được phát minh bởi M. George Craford, một sinh viên nghiên cứu của Holonyak. Đây là một bước tiến lớn trong việc phát triển LED, vì màu lam là một trong những màu khó phát ra bởi các vật liệu bán dẫn.
[2] Trong những năm tiếp theo, LED màu đỏ và màu lam đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng. Đến những năm 1990, LED màu lục đã được phát minh bởi Shuji Nakamura tại Nhật Bản, bằng cách sử dụng vật liệu bán dẫn InGaN [3]. LED màu lục này có khả năng phát ra ánh sáng mạnh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với các loại LED trước đó. LED màu trắng có thể được sản xuất bằng cách pha trộn các loại vật liệu bán dẫn khác nhau để tạo ra ánh sáng trắng.
Đây là một bước tiến lớn trong việc sử dụng LED trong các ứng dụng chiếu sáng chính thức. Tóm lại, LED đã trải qua một quá trình phát triển dài và liên tục trong suốt hơn nửa thế kỷ, từ khi được phát minh đến nay. Các bước tiến lớn như phát minh LED màu lam, màu lục và màu trắng đã mở ra nhiều cơ hội cho sử dụng LED trong các ứng dụng chiếu sáng và công nghiệp. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Một cách cơ bản để mô tả cấu tạo đèn LED là đặt lớp bán dẫn trên một đế (thường là Silicon).
Giữa các lớp bán dẫn loại p và loại n là một vùng tích cực (vùng Trang 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM hoạt động) phát ra ánh sáng khi một electron và lỗ trống tái hợp (Hình 1).
