Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu phát triển chế phẩm chứa nano bạc có tác dụng phòng dịch tả lợn Châu Phi (15/07/2025)

Khử trùng là biện pháp rất quan trọng khi được thực hiện một cách nhất quán và chính xác, đây là khâu quan trọng cuối cùng trong khâu an toàn sinh học (ATSH). Khử trùng cần được áp dụng sau khi đã thực hiện vệ sinh hiệu quả và toàn diện. Việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng các chất khử trùng mới luôn có vai trò quan trọng trong chăn nuôi ATSH. Sự phát triển của công nghệ nano cho phép tạo ra các chất khử trùng thế hệ mới, ưu việt hơn các sản phẩm truyền thống ở các khía cạnh như: phổ sát trùng rộng, ít gây nhờn thuốc, thân thiện với môi trường, độc tính thấp…Trước nhu cầu cấp thiết đó, năm 2024 Viện khoa học và công nghệ Năng lượng và Môi trường đã chủ trì thực hiện đề tài “Nghiên cứu phát triển chế phẩm chứa nano bạc có tác dụng phòng dịch tả lợn Châu Phi” do TS. Nguyễn Đình Chiến làm chủ nhiệm. Mục tiêu của đề tài là chế tạo 02 chế phẩm chứa nano bạc có hiệu quả diệt virus gây dịch tả lợn châu Phi, gồm: “Chế phẩm chứa nano bạc hỗ trợ phòng dịch tả lợn châu Phi” và “Chế phẩm chứa nano bạc ứng dụng xử lý môi trường chăn nuôi lợn”.

Nghiên cứu tổng quan cho thấy, bạc là một chất kháng vi khuẩn tự nhiên có độc tính cao đối với hầu hết các loài vi sinh vật, có phổ diệt vi khuẩn, nấm và virus rất rộng mà chúng không có khả năng tạo đề kháng chống lại tác động của bạc. Do bạc ức chế quá trình chuyển hóa hô hấp và vận chuyển chất qua màng tế bào vi sinh vật. Các hạt nano bạc có năng lượng bề mặt rất lớn nên khi tiếp xúc với môi trường nước chúng trở thành như một “kho chứa” để giải phóng từ từ các ion bạc vào dung dịch, nhờ vậy lượng bạc “trong kho” không bị các thành phần trong dung dịch vô hiệu hóa nhanh. Vì vậy, có thể nói các hạt nano bạc làm duy trì đặc tính diệt vi sinh vật của ion bạc. Khả năng ứng dụng nano bạc trong việc khử trùng đã dẫn đến việc xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về cơ chế diệt vi sinh vật của ion bạc như trường hợp đối với muối bạc. Khi được thêm vào băng gạc, kem bôi, bình xịt, vải... nano bạc thể hiện chức năng của tác nhân chống viêm nhiễm và có tác dụng diệt khuẩn phổ rộng bằng cách phá hủy chức năng của màng tế bào vi sinh vật và hoạt tính của các enzyme. Mặc dù nano bạc có thể tạo phức với một số axit amin do đó có thể ức chế các chức năng của protein, nhưng nó thể hiện rất hạn chế độc tính đối với các tế bào động vật máu nóng. Hiện nay, trên thị trường có một số sản phẩm chứa nano bạc đã được thương mại hóa như: chế phẩm Argumistin và AgBion. Chế phẩm Argumistin được đăng ký ở hai dạng: dung dịch 0,001% và dung dịch 0,005%. Dung dịch Argumistin được sử dụng ngoài da, sát trùng tại chỗ, nhỏ trực tiếp vào mắt, mũi, tai… của vật nuôi. Ngoài ra còn để sát trùng đường sinh dục, tuyến vú, hệ thống bài tiết của vật nuôi, và sát trùng nguồn nước cho vật nuôi uống. Chế phẩm AgBION được đăng ký ở hai dạng: dung dịch nano bạc 0,28 g/L trong dung môi hữu cơ (AgBion 1) và và dung dịch nano bạc 0,28 g/L trong dung môi nước (AgBion 2). Sản phẩm AgBion-2 được sản xuất dưới dạng dung dịch trong suốt, có màu nâu và mùi đặc trưng. Các dung dịch được pha chế từ AgBion-2 cũng trong suốt, màu vàng nhẹ hơn và phụ thuộc vào nồng độ sau pha loãng. Sản phẩm đã trải qua kiểm tra an toàn của nhiều cơ quan thuộc Viện Hàn lâm khoa học Nga, Bộ Y tế Nga và Cơ quan quản lý an toàn vì lợi ích người tiêu dùng.

Trong nghiên cứu này, các chế phẩm chứa nano bạc đã được tổng hợp theo phương pháp khử hóa học, phương pháp điện hóa. Để điều chế dung dịch nano bạc bằng phương pháp khử hóa học, nhóm nghiên cứu thực hiện theo quy trình sau: (1) Chuẩn bị dung dịch nước của muối bạc nitrat với nồng độ 1000 – 2000 ppm tính theo Ag+ (tương đương 1,575 – 3,15 g AgNO₃/L dung dịch). Dung dịch được chuẩn bị ngay trước khi sử dụng; (2) bổ sung dung dịch chất ổn định;(3) nhỏ từ từ dung dịch NaBH4 vào hỗn hợp muối bạc và chất ổn định được khuấy trộn mãnh liệt. Trong quá trình tổng hợp các chế phẩm chứa nano bạc, nhóm nghiên cứu đã nhận thấy benzalkonium chloride (BKC) có thể được sử dụng như một chất ổn định cho hạt nano bạc ngay trong giai đoạn chế tạo. Nhờ vậy, trong các sản phẩm tổng hợp được không cần thêm chất ổn định riêng cho hạt nano (như tinh bột, chitosan, polyvinylpyrrolidone…). Mặt khác, Benzalkonium chloride cũng là một chất diệt khuẩn, được cấp phép sử dụng rộng rãi tại Việt Nam để tăng khả năng diệt khuẩn. Vì vậy, trong cả hai chế phẩm nghiên cứu, benzalkonium chloride được sử dụng với hai vai trò: Chất ổn định cho nano bạc, chống hiện tượng tập hợp thành các cụm hạt kích thước lớn và chất diệt khuẩn, hiệu năng được cộng hợp với nano bạc nhằm tăng hiệu quả và phổ diệt vi khuẩn.

Kết quả đánh giá khả năng diệt vi khuẩn trong điều kiện phòng thí nghiệm cho thấy: Hiệu quả khử trùng của chế phẩm nano bạc trên đối tượng là các chủng vi khuẩn khác nhau đặc trưng gây bệnh cho lợn (Escherichia coli; Salmonella, Streptococcus, Staphylococcus) đạt trên 99,999% sau 10 phút tiếp xúc trực tiếp với vi khuẩn ở mật độ ban đầu trên 10⁶ cfu/ml. Nghiên cứu xác định nồng độ tối ưu của chế phẩm để diệt trên 99,99 % các chủng vi khuẩn gây bệnh điển hình trong điều kiện phòng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn hiện hành cũng đã lựa chọn được liều lượng nano bạc 1ppm cho hiệu quả diệt khuẩn trên 99,99%. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đưa ra công thức thử nghiệm với liều lượng như sau: Công thức 1: nano bạc 11 ppm; công thức 2: BKC 11 ppm; công thức 3: Ag-1/BKC-10 ppm. Qua nghiên cứu so sánh hiệu quả khử trùng của chế phẩm với các thành phần riêng rẽ nhóm nghiên cứu đưa ra kết luận việc tổng hợp Ag/BKC đem lại hiệu quả tốt nhất có khả năng đưa vào thực tế khử trùng trong chăn nuôi. Thí nghiệm chế phẩm chứa nano bạc ứng dụng xử lý môi trường chăn nuôi lợn với 3 công thức: (1)Sử dụng chế phẩm nano bạc nồng độ thử nghiệm 1 ppm; (2)sử dụng chế phẩm nano bạc nồng độ thử nghiệm 3 ppm; (3) sử dụng chế phẩm nano bạc nồng độ thử nghiệm 5 ppm. Thí nghiệm đem lại hiệu quả diệt 4 chủng vi khuẩn gây bệnh điển hình đạt từ 99,99%-100% sau 10 phút tiếp xúc trực tiếp với vi khuẩn (đối với mật độ vi khuẩn ~10⁸ cfu/ml) khi sử dụng chế phẩm nano bạc 3 ppm kết hợp với 450 ppm BKC.

Thử nghiệm khả năng diệt vi khuẩn trong điều kiện chuồng trại, thu được kết quả như sau: Chế phẩm chứa hàm lượng bạc 2 ppm có khả năng hỗ trợ khử trừng phòng dịch tả lợn châu Phi diệt khuẩn trên da tay công nhân chăn nuôi lợn. Sử dụng chế phẩm nano bạc/BKC ở nồng độ 1 ppm bạc có tác dụng diệt 100% vi khuẩn trong nước sau 10 phút tiếp xúc. Điều này chứng tỏ với hàm lượng bạc 1 ppm có khả năng đưa vào thực tế khử trùng nước uống cho lợn trước khi vào chuồng trại. Khi sử dụng nano bạc/BKC ở nồng độ 5 ppm bạc có hiệu quả diệt 99,99% vi khuẩn sau 30 phút tiếp xúc trên sàn bê tông và bề mặt máng nhựa chuồng lợn. Khi khử trùng trên bề mặt kim loại và phương tiện bảo hộ nhóm nghiên cứu sử dụng nano bạc/BKC ở nồng độ 5 ppm bạc, thời gian tiếp xúc là 10 phút cho tác dụng diệt trên 99% vi khuẩn. Điều này chứng tỏ với hàm lượng bạc 5 ppm có khả năng đưa vào thực tế khử trùng xe chở thức ăn, đồ bảo hộ của công nhân trước khi vào chuồng trại.

Nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá khả năng bất hoạt virus gây dịch tả lợn châu Phi ở 2 loai chế phẩm “Chế phẩm chứa nano bạc hỗ trợ phòng dịch tả lợn châu Phi (CP1)” và Chế phẩm chứa nano bạc ứng dụng xử lý môi trường chăn nuôi lợn (CP2). Ở các mức độ pha loãng khác nhau 50 – 100 – 200 và 500 lần từ chế phẩm gốc. Đối với chế phẩm chứa nano bạc hỗ trợ phòng dịch tả lợn châu Phi, mức độ gây độc tế bào của các chế phẩm tại các độ pha loãng khác nhau thu được kết quả như: Ở độ pha loãng 50 lần cả 2 chế phẩm dung dịch chứa nano bạc đều thể hiện độc tính tế bào cao (lượng tế bào sống ít hơn 80% tổng số tế bào). Ở độ pha loãng 100 lần, dung dịch đối chứng 2 chứa nano bạc ổn định đã giảm độc tính đáng kể, lượng tế bào còn sống sau tiếp xúc 24h là hơn 80%. Tuy nhiên, độc tính của chế phẩm nghiên cứu vẫn còn cao, chưa thể coi là không độc. Từ độ pha loãng 200 lần trở lên, mẫu đối chứng đều thể hiện độc tính thấp đối với tế bào. Lượng tế bào còn sống sau khi tiếp xúc đều trên 90%. Kết quả đánh giá hiệu lực vô hoạt vi-rút cho thấy, ở độ pha loãng 500 lần chế phẩm 1 có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus, tuy nhiên hiệu quả chỉ rõ rệt sau 30 phút tiếp xúc. Ở độ pha loãng 200 lần hiệu quả vô hoạt vi-rút đã thể hiện rõ ngay sau 5 phút xử lý tiếp xúc. Tuy nhiên hiệu quả không tăng rõ rệt theo thời gian. Các mẫu đối chứng 1 và 2 cũng có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus ở độ pha loãng này, nhưng hiệu quả thấp hơn so với chế phẩm CP1. Ở độ pha loãng 200 lần hiệu quả vô hoạt vi-rút đã thể hiện rõ ngay sau 5 phút xử lý tiếp xúc. Tuy nhiên hiệu quả không tăng rõ rệt theo thời gian. Các chế phẩm đối chứng cũng thể hiện khả năng ức chế sự nhân lên của virus nhưng kém hơn so với chế phẩm nghiên cứu CP1. Ở độ pha loãng 100 lần, CP1 vô hoạt hoàn toàn vi-rut gây dịch tả lợn châu Phi sau 15 phút tiếp xúc. Ở mức pha loãng 50 lần, cả CP1 và chế phẩm đối chứng đều gây độc tế bào. Đánh giá về định lượng khả năng diệt vi-rut của các chế phẩm cho thấy, ở độ pha loãng 500 lần chế phẩm 1 có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus, tuy nhiên hiệu quả chỉ rõ rệt sau 30 phút tiếp xúc; Ở độ pha loãng 200 lần, chế phẩm nghiên cứu có hiệu quả ức chế (Virus gây ra bệnh Dịch tả lợn Châu Phi)ASFV rõ rệt khi ở cả 3 mức thời gian tiếp xúc đều làm giảm hiệu giá virus trên 4 đơn vị. Các chế phẩm đối chứng phần nào thể hiện khả năng vô hoạt virus; tuy nhiên độ giảm của hiệu giá vẫn là không đáng kể; Ở độ pha loãng 100 lần, chế phẩm nghiên cứu thể hiện khả năng vô hoạt virut tuyệt vời, với độ giảm hiệu giá gần 5 đơn vị sau 5 phút tiếp xúc. Thậm chí ở các mức thời gian 15 và 30 phút virut đã bị vô hoạt hoàn toàn; Ở mức pha loãng 50 lần, chế phẩm thể hiện độc tính với tế bào nuôi cấy virus. Khả năng cao là độc tính gây ra bởi hạt nano, vì ở cùng độ pha loãng như vậy chế phẩm BKC nguyên chất không gây độc tính tế bào. Đối vớichế phẩm chứa nano bạc ứng dụng xử lý môi trường chăn nuôi lợn (CP2), kết quả xác định độc tính tế bào như sau: Tại độ pha loãng 50 lần cả 3 chế phẩm dung dịch đều thể hiện độc tính tế bào cao, nguyên nhân dễ thấy ở đây là do hàm lượng chất hoạt động bề mặt rất cao. Chế phẩm chỉ chứa nano bạc (DC2) có độc tính thấp nhất trong 3 mẫu, nhưng theo định nghĩa thì độc tính vẫn ở mức cao do số lượng tế bào còn sống vẫn thấp hơn 80%; Ở độ pha loãng 100 lần, dung dịch đối chứng 2 chỉ chứa nano bạc đã giảm độc tính đáng kể, lượng tế bào còn sống sau tiếp xúc 24h là hơn 80%. Các chế phẩm chứa BKC nồng độ cao vẫn phá hủy hoàn toàn các tế bào trong các thí nghiệm; Tại độ pha loãng 200 lần, cả 3 dung dịch gồm chế phẩm CP2 và 2 mẫu đối chứng đều thể hiện độc tính thấp đối với tế bào. Lượng tế bào còn sống sau khi tiếp xúc đều trên 80%. Chế phẩm chỉ chứa nano bạc cũng an toàn với tế bào.Kết quả đánh giá hiệu lực vô hoạt vi-rút cho thấy, ở độ pha loãng 500 lần chế phẩm 1 có tác dụng ức chế sự nhân lên của virus, tuy nhiên hiệu quả chỉ không thể hiện rõ sự phụ thuộc vào thời gian. Ở độ pha loãng 200 lần chế phẩm nghiên cứu CP2 có tác dụng bất hoạt hoàn toàn virus gây dịch tả lợn châu Phi, ngay cả từ 5 phút tiếp xúc. Ở độ pha loãng 100 lần, chế phẩm chứa nano bạc CP2 gây độc tế bào, phá hủy môi trường nuôi cấy vi-rút, có thể là do nồng độ BKC quá cao. Kết quả định lượng khả năng diệt vi-rut của các chế phẩm. Ở độ pha loãng 500 lần do sự có mặt của nano bạc trong CP2 đã giúp nâng cao hiệu quả bất hoạt virus của CP2; Ở độ pha loãng 200 lần, chế phẩm nghiên cứu CP2 có hiệu quả ức chế ASFV rõ rệt, virus bị bất hoạt hoàn toàn. Ở độ pha loãng 100 lần, các chế phẩm chứa BKC gây độc tế bào, vô hoạt hoàn toàn virus và cả môi trường nuôi cấy. Ở mức pha loãng 50 lần, cả 3 chế phẩm gây độc tế bào. Từ kết quả nghiên cứu trên, nhóm nghiên cứu còn đánh giá độc tính trên chuột theo đường uống. Kết quả cho thấy, chưa xác định được độc tính, không có biểu hiện ngộ độc và không có chuột chết.

Việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng chế phẩm chứa nano bạc có vai trò quan trọng trong chăn nuôi an toàn sinh học. Sự phát triển của công nghệ nano tại Việt Nam cho phép tạo ra các chất khử trùng thế hệ mới, ưu việt hơn các sản phẩm truyền thống trước đây.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Truyền thông Hải Phòng./.