MỞ ĐẦU 1. Mang Bacterial Cellulose (BC) cỗ định bạc nano ứng dụng làm mang lọc nước uông nhiém khuan Nhiễm khuẩn môi trường nước là một van dé cấp bách không phải chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới, đặc biệt tại các nước kém phát triển. Tổ chức Y tế Thế giới đã cảnh báo răng 80% trường hợp bệnh tật tại các nước nghèo là do nguồn nước bị nhiễm khuẩn, trong đó nhiễm khuẩn Escherichia coli được xem như là tác nhân chính gây ra các bệnh dich tả, tiêu chảy. & !°7! 74) Theo chương trình Môi Trường của Liên Hiệp Quốc, mỗi năm có 5 đến 10 triệu người chết vì những bệnh do nhiễm khuẩn môi trường nước.
Dién hình là bệnh tiêu chảy với khoảng 4 ty trường hợp, làm 1.9 triệu người chết mỗi năm, hau hết là những trẻ em dưới năm tuôi ! 10. 85! Tại Việt Nam, bệnh tiêu chảy là nguyên nhân thứ ba (sau nguyên nhân sơ sinh và viêm phổi) gây tử vong nhiều trẻ em dưới năm tuổi, là một trong mười bệnh gây chết người hàng dau tại Việt Nam, với ước tính 9400 người chết mỗi năm l?°Ì, Việt Nam có nguồn tài nguyên nước mặt và nước ngâm dồi dào. Nhưng hiện nay, lượng nước bị ô nhiễm là rất lớn va có xu hướng tăng nhanh. Gan đây, trong một đánh giá chất lượng nước ở quy mô lớn của Bộ Y tế Việt Nam, chỉ có 29.9% của tat cả các mẫu lay từ nguồn cung cấp nước sạch đáp ứng các tiêu chuẩn của WHO Ủ!:Š! Do đó, giải quyết vẫn dé nước sạch là một trong những van dé cần thiết và cấp bách nhất hiện nay |), Hiện nay, Việt Nam đang sử dụng nhiều công nghệ lọc nước có sử dụng màng lọc như lọc tham thấu ngược, vi lọc, siêu lọc, màng lọc nano.
Tuy nhiên, các loại màng lọc nảy đều phải nhập từ nước ngoài nên giá thành còn khá cao và chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng của người dân. Vi vậy, cần phải tìm kiếm các phương pháp chế tạo màng lọc đơn giản, rẻ tiền và hơn hết màng phải cho hiệu quả lọc nước đáng tin cậy. Phương pháp sản xuất mang cellulose từ Acetobacter xylinum (A. xylinum) được xem là một giải pháp vì quá trình lên men đơn giản và nguyên liệu rẻ tiền [1, 10, 29) Nhiều kết qua nghiên cứu tạo mang cellulose từ A.
xylinum cho thay có thé tao mang cellulose với bề dày tùy ý và có thé dùng trong xử lý nước. Tuy nhiên, bản thân màng cellulose không có khả năng diệt khuẩn. Vì vậy, cần kết hợp mảng cellulose vi khuẩn với một chất có khả năng diệt khuẩn dé làm màng lọc trong xử lý nước 19. 33, 84] Bạc nano hiện được xem là tác nhân kháng khuẩn hiệu quả với phố kháng khuẩn rất rộng.
Theo nhiều nghiên cứu, bạc nano có thể tiêu diệt khoảng 650 chung vi sinh vật gây bệnh ở người, kể cả các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh '?* 7°! Có thé nói sự kết hợp giữa mang cellulose vi khuẩn với bạc nano sẽ tạo nên vật liệu tiềm năng trong xử lý nước. Hiện nay, ở Việt Nam chưa có công bố nào về sử dụng màng cellulose vi khuẩn cố định bạc nano làm màng lọc nước. Vì vậy, nghiên cứu màng cellulose vi khuân có định bạc nano và ứng dụng trong xử lý nước là can thiết và có ý nghĩa quan trọng nhằm đem lại nguồn nước sạch. cải thiện đời sống người dân.
Màng BC cố định bạc nano ứng dụng làm mang băng vết thương Nhiễm trùng là biến chứng thường xảy ra sau chan thương kín, vết thương hoặc sau khi phẫu thuật. Khi có vết thương, da sẽ bị khuyết mất mô, các thương tích của các loại mô sẽ ảnh hưởng đến da, mô liên kết, cân cơ. Tại da, nơi đây là cửa ngõ cho vi khuân xâm nhập vào cơ thé gây nguy cơ nhiễm trùng l° Ÿ!, Bỏng là một trong những tai nạn thương tâm nhất thường gặp trong đời sống hằng ngày và thường dé lại những di chứng nặng né về thâm mỹ cũng như sức khỏe cho con người. Theo thống kê, trung bình mỗi năm Viện bỏng quốc gia tiếp nhận trên 2000 trường hợp bỏng, trong đó chiếm hơn một nửa là trẻ em [16,771 Các vết thương do bỏng nặng có nguy cơ nhiễm trùng cao.
Các vi khuẩn thường gặp là tụ cầu vàng, trực khuẩn mủ xanh, có thể cả uốn ván. Nhiễm trùng tại chỗ bỏng có thé gây nhiễm trùng mau | '°Ì, Băng kín vết thương là tạo ra môi trường thích hợp cho sự lành vết thương, giúp bảo vệ vết thương không bị va chạm, tôn thương và hạn chế nhiễm khuẩn. Hiện nay, hầu hết các băng gạc được sử dụng không có tính diệt khuẩn mà thường kèm theo dung dich sát khuẩn hoặc các loại mang dap vết thương hở đều phải nhập ngoại với giá thành rất cao l` Š 17! Cellulose từ 44. xylinum có dạng sợi rất mảnh và được kết hợp với nhau để tạo thành màng mỏng đã được chứng minh là có độ bền kéo cao, độ đàn hồi và khả năng giữ nước cao.
Mặt khác, màng cellulose rất mềm mại, tinh khiết, không độc hại, không gây dị ứng Ì | Với khả năng diệt hon 650 loại vi khuẩn gây bệnh 35, 59, 80, 90 0 người 23. 771" dung dich bạc nano kết hợp mang BC hứa hen sẽ tạo ra bang gạc vô trùng trong điều trị vết thương nhiễm khuẩn. Với những yêu cầu thực tiễn trên, dé tài “Mang Bacterial Cellulose co định bạc nano và ứng dụng” là cần thiết và có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc xử lý nguồn nước, điều trị vết thương nhiễm khuẩn, bảo vệ sức khỏe cuộc sống người dân. Mục tiêu Đánh giá khả năng sử dụng mảng BC hấp phụ bạc nano trong hai hướng ứng dụng: Xử lý nước uống nhiễm khuân và Điều trị vết thương nhiễm khuẩn.
Nội dung — Tạo màng BC bằng phương pháp lên men truyền thống. — Khảo sát khả năng kháng khuẩn của dịch bạc nano tự do và bạc nano hấp phụ lên màng BC. — Tối ưu hoá quá trình hấp phụ dịch bạc nano vào màng BC theo phương pháp đáp ứng bề mặt — phương án cau trúc có tâm. — Ung dung màng BC hap phụ bạc nano ở điều kiện tối ưu làm: + Màng lọc xử lý nước uống nhiễm khuẩn.
+ Màng băng vết thương nhiễm khuẩn. Chương 2: TONG QUAN TÀI LIEU 2. Các vi sinh vật san sinh cellulose Cellulose có thé được tao ra từ một số loài vi khuẩn như Acetobacter, Aerobacter, Alchromobactr, Agrobacterium, Alacaligenes, zotobacler, Pseudomonas, Rhizobium va Sarcina. Tuy nhiên, những vi khuẩn thuộc loài Acetobacter tao ra lượng cellulose nhiều hon và có giá trị thương mại cao hon những loài khác !?”!.
Giống vi khuẩn Acetobacter thuộc họ Pseudomonadieae, phân b6 rộng rai trong tự nhiên và có thé phân lập được các vi khuẩn này từ không khí, đất, nước, lương thực thực phẩm, giảm, rượu, bia, hoa qua,. Có khoảng 20 loài thuộc giống Acetobacter đã được phan lập va mô tả như: A. xylinum, Acetobacter aceti, Acetobacter orleansen. xylinum được xem như là một vi sinh vật tạo cellulose hữu hiệu nhất H22 561, > Sơ lược về vi khuẩn A.
xylinum thuộc nhóm vi khuẩn acetic và có nguồn từ Philippin. Y Phân loại Theo khóa phân loại Bergey, A. xylinum thuộc: Lớp Schizomycetes Bộ Pseudomonadales Bộ phụ Pseudomonadieae Họ Pseudomonadaceae |*”! ¥ Dac điểm hình thái A. xylinum có dạng hình que, dài khoảng 2 um, Gram (-), có thé di động hoặc không di động.
không sinh bào tử. Tế bào đứng riêng rẽ hoặc kết thành chuỗi dài. Khuẩn lạc của A. xylinum có kích thước tròn, nhỏ (đường kính 2 — 5 mm), bề mặt nhay và trơn bóng, phần giữa khuẩn lạc lỗi, dày và sam màu hơn các phần xung quanh, ria mép nhãn !'Ì, ¬ > [29 Hình 2.
xylinum có bao nhay cấu tạo bởi cellulose '”Ì, Y Đặc điểm sinh lý và sinh hóa A. xylinum thuộc loại vi khuẩn hiểu khí bắt buộc nên chúng tăng trưởng ở bề mặt tiếp xúc giữa môi trường lỏng và môi trường không khí, có khả năng tạo váng cellulose khá day và chắc trên môi trường nuôi cây. xylinum phát triển từ 28 — 32 °C, khoảng pH từ 5. Theo Hestrin (1947), pH tối ưu của chúng là 5.5 và vi khuẩn không phát triển được ở nhiệt độ 37 °C (ngay cả trong môi trường dinh dưỡng tối ưu).
Vi khuẩn có khả năng chịu được pH thấp nên khi nuôi cay dé thu nhận BC người ta thường bồ sung acid acetic vào môi trường để tránh những vi sinh vật tap nhiễm |"), Một số đặc điểm sinh hóa đặc trưng của A. xylinum: (1) oxy hóa ethanol thành acid acetic, (2) catalase dương tính, (3) không sinh trưởng trên môi trường Hoyer, (4) chuyển hóa glucose thành acid (5) chuyển hóa glycerol thành dihydroxyacetone, (6) không sinh sắc tố nâu, (7) có khả năng sinh tong hop cellulose ?7!, Về nguồn dinh dưỡng, A. xylinum có thé lên men nhiều loại đường khác nhau: glucose, galactose, sucrose, maltose, lactose, manitol. Chúng có thé chuyén hoa glucose thành acid gluconic, làm pH môi trường giảm từ 1 — 2 đơn vi **', 2.
Cau trúc của Bacterial Cellulose Bacterial Cellulose (BC) là một chuỗi polymer do các glucopyranose nối với nhau bang liên kết B-1,4 glucan. BC gồm các sợi có cau trúc dang dai ruy băng (ribbon). Khi quan sát dưới kính hiến vi điện tử, người ta thấy được cau trúc dạng xoăn của dai sợi. Trong quá trình hình thành BC, từ các sợi sơ cấp (subfibril) có chiều rộng 1.5 nm kết hợp với nhau tạo các vi sợi (mierofibril), các vi sợi nằm trong các bó sợi (bundle), cuối cùng các bó sợi liên kết với nhau tạo thành các dải có chiều rộng 70 - 80 nm, chiều day 3 - 5 nm.
Những tập hợp dải sợi cellulose có chiều dai 1 - 9 um hình thành nên mạng lưới dày đặc, được 6n định bởi các liên kết hydro. Thông thường, BC có mức độ polymer hoá từ 2000 - 6000, một vai trường hợp đạt đến 16000 - 20000, trong khi đó cellulose thực vật có mức độ polymer hoá khoảng 13000 - 14000. So với cellulose thực vật, BC có độ kết tinh cao hơn, thắm nước tốt hơn, sức bền cơ học ở trạng thái âm cao hon và dễ uốn nan hơn l!°- *4!, Kích thước của sợi va cau trúc của màng phụ thuộc vào loại vi khuẩn tạo mang cellulose, điều kiện nuôi cấy. Ở điều kiện nuôi cấy tĩnh, vi khuẩn tổng hợp những màng cellulose trên bề mặt của dịch nuôi cấy, tại ranh giới giữa bề mặt dịch lỏng và lớp không khí giàu oxy.
Các màng BC này gọi là các màng BC trên môi trường tinh (Static BC, S-BC). Các soi cellulose sơ cấp liên tục được tạo ra từ những lỗ xếp dọc trên bé mặt té bao của vi khuẩn, liên kết lại thành các vi sợi và đây xuống sâu hơn trong môi trường dinh dưỡng.