NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN
CỦA MÀNG NANO TITAN DIOXIT ĐỐI VỚI VI KHUẨN COLIFORMS TRONG NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN
Vũ Thị Kim Loan1, Nguyễn Thị Hương1, Đồng Thị Mai1, Vũ Đức Minh1, Đinh Thế Dũng2
TÓM TẮT35
Coliforms là một loài vi khuẩn có khả năng gây bệnh về đường ruột thường được dùng làm vi sinh vật chỉ thị cho mức độ ô nhiễm nguồn nước. Chúng tôi đã sử dụng hạt nano titan dioxit (TiO2NPs) được điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt và tạo màng bằng phương pháp lắng đọng điện di. Màng TiO2NPs được cấy trong môi trường phân lập LSB để nghiên cứu quá trình sinh trưởng của vi khuẩn Coliforms từ đó đánh giá khả năng kháng khuẩn của TiO2NPs. Chúng tôi nhận thấy, màng TiO2NPs được tạo thành ở điện thế 75V cho tác dụng diệt khuẩn đối với Coliforms lên đến 83,6%.
Từ khóa: Màng nano titan dioxit, Coliforms, nước thải bệnh viện
SUMMARY
RESEARCH OF ANTIBACTERIAL EFFECT OF TITANIUM DIOXIDE NANOPARTICLE THIN FILM ON
COLIFORMS IN HOSPITAL WASTEWATER
Coliforms are capable of causing intestinal diseases and are often used as biological indicator of water pollution. We used titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) prepared by
1Trường Đại học Y Dược Hải Phòng
2Viện Hóa học-Vật liệu / Viện KH&CN Quân sự Chịu trách nhiệm chính: Vũ Thị Kim Loan Email: [email protected]
Ngày nhận bài: 10.3.2021
Ngày phản biện khoa học: 15.4.2021 Ngày duyệt bài: 31.5.2021
hydrothermal method and made a thin film by electrophoresis deposition method (EPD).
TiO2NPs were cultured in LSB to study the growth of Coliforms bacteria, thereby assess the antibacterial properties of TiO2NPs. We found that TiO2NPs film formed under voltage of 75V reached maximum antibacterial effect (upto 83,6%).
Keywords: Titanium dioxide nanoparticle thin film, Coliforms, hospital wastewater
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Tính đến năm 2015, cả nước có 13.640 cơ sở y tế các loại trong đó có 1.263 cơ sở khám chữa bệnh thuộc các tuyến Trung ương, tỉnh, huyện, bệnh viện ngành và bệnh viện tư nhân. Ước tính, lượng chất thải lỏng phát sinh tại các cơ sở y tế có giường bệnh hiện nay khoảng trên 150.000 m3/ngày đêm chưa kể lượng nước thải của các cơ sở y tế không có giường bệnh, các cơ sở đào tạo y dược và sản xuất thuốc [1]. Hiện có khoảng 44% các bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải y tế (76,5% các bệnh viện tuyến Trung ương; 53% các bệnh viện tuyến tỉnh và 37%
các bệnh viện tuyến huyện) [2]. Tuy vậy, hệ thống xử lý nước thải của nhiều bệnh viện được thiết kế đã lâu, công nghệ xử lý chưa đảm bảo được tiêu chuẩn môi trường. Bên cạnh đó, lượng bệnh nhân gia tăng, lượng nước thải tại một số bệnh viện đã vượt công suất thiết kế của hệ thống xử lý gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước thải sau xử lý.
Coliforms được xếp là một trong những loại vi khuẩn gây ra các bệnh đường ruột nguy hiểm hàng đầu đặc biệt nếu xâm nhập vào những đối tượng có sức đề kháng yếu như trẻ em và người cao tuổi [3]. Do đó, loại bỏ các thành phần vi sinh vật gây bệnh, đặc biệt là khuẩn Coliforms là một vấn đề vô cùng cần thiết. Thực tế, khử trùng bằng tia cực tím (UV) sử dụng vật liệu thương mại TiO2 thường hay được lựa chọn do hiệu quả diệt khuẩn cao, không độc, chi phí hợp lý và có khả năng phân hủy hoàn toàn các tế bào thành CO2 và H2O [4]. Nhiều nghiên cứu đưa ra bằng chứng về nguyên nhân dẫn đến cái chết của tế bào vi khuẩn là do các gốc oxy hoá như hydroxyl, ion superoxide, hay hydrogen peroxide được sinh ra từ quá trình xúc tác quang TiO2 [5].
Qua thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng màng TiO2NPs được điều chế có tính kháng khuẩn mạnh với vi khuẩn Coliforms thể hiện ở mật độ vi khuẩn giảm mạnh theo thời gian. Chúng tôi tiến hành theo dõi khả năng phát triển của vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng có chứa TiO2NPs và kết quả chỉ ra rằng hiệu quả diệt khuẩn của TiO2NPs lên tới trên 80%.
II. HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hóa chất
Vi khuẩn Coliforms được nuôi cấy từ nước thải của một số bệnh viện thuộc tỉnh Hải Dương.
TiO2NPs được điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt và tạo màng bằng phương pháp lắng đọng điện di. Quá trình điều chế được thực hiện tại bộ môn Hóa học, trường Đại học Y Dược Hải Phòng.
Môi trường phân lập: Canh thang lauryl tryptoza (LSB) (Merk, Đức), pH 6.8 ± 0.2 ở 25oC
Môi trường canh thang lactoza – lục sáng mật để kiếm tra tính sinh khí (BGBL) (Merk, Đức), pH 7.2 ± 0.2 ở 25oC.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Chúng tôi tiến hành nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của màng TiO2NPs theo TCVN 6187-2:2020. Cụ thể, chúng tôi nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường dinh dưỡng chứa màng TiO2NPs sau đó theo dõi khả năng phát triển của vi khuẩn trong vòng 24 - 48h.
Sử dụng quy trình “Xác định – phát hiện và đếm vi khuẩn Coliforms, vi khuẩn Coliforms chịu nhiệt và Escherichia Coli giả định” của Công ty Cổ phần công nghệ và phân tích chất lượng cao Hải Dương. Phương pháp này giúp xác định vi khuẩn Coliforms trong các loại nước bằng việc nuôi cấy chúng trong môi trường ở một hệ gồm nhiều ống nghiệm và tính toán số có xác suất cao nhất của chúng có trong mẫu thử.
2.3. Quy trình thực hiện
Chuẩn bị các môi trường: Môi trường phân lập LSB có chứa một màng TiO2NPs với tiết diện 0,6 cm2. Chuyển các môi trường ra ống nghiệm, mỗi ống 5ml để ngập ống Durham lộn ngược, rồi hấp khử trùng trong nồi hấp ở 121oC trong 15 phút. Đồng thời chuẩn bị các ống nghiệm chứa môi trường khẳng định BGBL (5ml/ ống) rồi hấp khử trùng ở 121oC trong 15 phút.
Chuẩn bị mẫu vi khuẩn: Khảo sát tính diệt khuẩn của vật liệu màng nano titan trên 5 mẫu thử sau trong đó mẫu đối chứng dương và các mẫu công thức có nồng độ vi khuẩn 93000MNP/100ml:
• Mẫu đối chứng âm: Canh thang LSB + mẫu nước cất khử trùng.
• Mẫu đối chứng dương: Canh thang LSB + mẫu vi khuẩn Coliforms.
• Mẫu công thức 1: Canh thang LSB + màng nano titan tạo ở điện tích 50V+ mẫu vi
khuẩn Coliforms.
• Mẫu công thức 2: Canh thang LSB + màng nano titan tạo ở điện tích 75V + mẫu vi khuẩn Coliforms.
• Mẫu công thức 3: Canh thang LSB + màng nano titan tạo ở điện tích 100V + mẫu vi khuẩn Coliforms.
Nuôi cấy vi khuẩn và khảo sát khả năng diệt khuẩn của TiO2NPs theo thời gian: Tiến hành pha loãng mẫu để có độ pha loãng 1, 10-1, 10-2 và cấy vào 2 loại môi trường phân lập LSB có chứa TiO2NPs và không chứa TiO2NPs. Nuôi các ống ở nhiệt độ 37oC ± 0.5oC.
Cấy truyền để khẳng định sự có mặt của vi khuẩn Coliform: Chỉ tiến hành cấy truyền đối với các ống được ghi nhận dương tính từ bước nuôi cấy vi khuẩn. Chúng tôi cấy truyền các ống dương tính vào môi trường BGBL (chọn lọc Coliform). Sau 48h ở 37oC, kiêm tra tính sinh khí trong các ống nuôi cấy.
Đánh giá số lượng vi khuẩn: Từ số ống môi trường phân lập và các phép thử khẳng định cho các kêt quả dương tính, tính toán, bằng cách tham khảo bảng tra thống kê trong TCVN 9716:2013 (ISO 8199:2005) (Phụ lục).
III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Sau 3 lần lặp lại thí nghiệm có thể thấy các ống dương tính có dấu hiệu vẩn đục với cường độ màu sắc có thay đổi theo sự khác nhau của điện áp, có bọt khí trong ống durham.
Hình 1. Môi trường BGBL sau khi cấy truyền vi khuẩn với vật liệu được tạo ở các độ điện áp khác nhau
Bảng 1. Số ống có phản ứng dương tính sau khi cấy truyển ở các môi trường phân lập
Số
lần Công thức
Canh LSB Canh BGBL
Kết N 100 10- quả
1
10-
2
10-
3 N 100 10-
1
10-
2
10-
3
1
Đối chứng âm 0 0 0 < 3
Đối chứng dương 3 3 0 3 2 930
50V 3 3 1 0 3 3 1 460
75V 3 2 2 0 3 2 1 150
100V 3 3 1 0 3 3 0 240
2 Đối chứng âm 0 0 0 < 3
Đối chứng dương 3 2 2 3 2 1 1500
50V 3 2 1 0 3 1 1 750
75V 3 3 1 0 3 3 0 240
100V 3 3 2 0 3 3 1 460
3
Đối chứng âm 0 0 0 < 3
Đối chứng dương 3 1 2 3 0 2 6400
50V 3 2 1 2 2 1 2800
75V 2 2 1 1 2 0 1100
100V 3 2 0 2 2 0 2100
Từ Bảng 1 cho thấy mẫu đối chứng âm cho kết quả < 3 biểu thị sự không có mặt vi khuẩn Coliforms trong mẫu; chứng tỏ hóa chất, dụng cụ, điều kiện và thao tác thí nghiệm là đảm bảo cho việc nuôi cấy phát hiện vi khuẩn. Khả năng diệt khuẩn của màng TiO2NPs được tạo thành ở điện thế 50V, 75V và 100V được thể hiện ở Bảng 2 dưới đây.
Bảng 2. So sánh khả năng diệt khuẩn của màng TiO2NPs được tạo thành ở điện thế 50V, 75V và 100V
Công thức Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình
50V 50,5 50,0 56,25 52,2
75V 83,9 84,0 82,8 83,6
100V 74,2 69,3 67,2 70,2
Hình 2. Biểu đồ so sánh khả năng diệt khuẩn của màng TiO2NPs được tạo thành ở điện thế 50V, 75V và 100V
Từ Bảng 2 và Hình 2 cho thấy, màng TiO2NPs được tạo thành ở điện thế 75V cho hiệu quả diệt khuẩn là cao nhất, đạt 83,6%.
Màng TiO2NPs được tạo thành ở điện thế 50V cho hiệu quả diệt khuẩn thấp nhất, đạt 52,25%. Khi tăng điện thế lên 100V thì khả năng kháng khuẩn giảm xuống 70,2%.
Nguyên nhân có thể là do dưới điện thế lớn, các hạt TiO2NPs bị kết tụ lại không còn giữ được cấu trúc nano như ban đầu khiến bề mặt lớp màng không còn được che phủ tốt như ở điện thế 75V.
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chúng tôi đã bước đầu nghiên cứu khả năng tiêu diệt vi khuẩn Coliform của màng
nano titan dioxit. Kết quả cho thấy hiệu suất diệt khuẩn của màng đạt hiệu suất cao nhất khỏang 83,6% ở điện áp 75V khi tạo màng trong 3 mức điện áp 50V, 75V và 100V.
Trong tương lai gần, chúng tôi sẽ mở rộng nghiên cứu thử nghiệm tính kháng khuẩn của nano titan dioxit với các chủng vi khuẩn gây bệnh khác. Đồng thời cũng đề xuất một số giải pháp giúp nâng cao hiệu suất kháng khuẩn của nano titan như: nghiên cứu chế tạo nano titan dioxit dưới dạng dung dịch, sử dụng các thiết bị khuấy trong quá trình thử tính kháng khuẩn nhằm nâng cao khả năng tiếp xúc của vi khuẩn với tấm màng nano,...
V. PHỤ LỤC
Bảng phụ lục - Giá trị MPN trên 100 ml mẫu và mức tin cậy 95 % (đối với các kết hợp khác nhau của các kết quả dương khi sử dụng các phần mẫu thử 3 ống 10 ml, 3 ống 1ml và 3 ống 0.1ml ).
Số ống có phản ứng dương tính MPN (MPN/100ml)
Mức tin cậy 95%
3 ống 10ml 3 ống 1ml 3 ống 0.1ml Dưới Trên
0 0 1 3 <1 9
0 1 0 3 <1 13
1 0 0 4 <1 20
1 0 1 7 1 21
1 1 0 7 1 23
2 1 1 20 7 89
2 2 0 21 4 47
2 2 1 28 10 149
3 0 0 23 4 120
3 0 1 39 7 130
3 0 2 43 15 379
3 1 0 64 7 210
3 1 1 75 14 230
3 1 2 120 30 380
3 2 0 93 15 380
3 2 1 150 30 440
3 2 2 210 35 470
3 3 0 240 36 1300
3 3 1 460 71 2400
3 3 2 1100 150 4800
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bộ Y tế (2012), Báo cáo chuyên đề về công tác quản lý chất thải y tế năm 2012 của PGS.TS. Nguyễn Huy Nga - Cục trưởng Cục quản lý môi trường y tế, Bộ Y tế.
2. Bộ Y tế (2010), Quyết định về việc cho phép công bố nội dung Dự thảo báo cáo Quản lý các nguy cơ môi trường của Dự án hỗ trợ xử lý chất thải bệnh viện nguồn vốn vay Ngân hàng thế giới. Quyết định số 4448/QĐ-BYT ngày 18/11/2010 của Bộ trưởng Bộ Y tế.
3. Bộ Y tế (2009), Quy chuẩn QCVN 01:2009 về khuẩn Coliforms
4. Morteza F. Rad, Mohammad Ghorbani (2011), “Electrophoretic Deposition of Titania Nanoparticles in Different Alcohols:
Kinetics of Deposition”, Journal of the American Cremic Society, 94 (8), pp. 2354 – 2361.
5. Saito, N. Shinozaki-Kuwahara, M.
Hirasawa, and K. Takada (2016),
“Streptococcus oricebi sp. nov., isolated from the oral cavity of tufted capuchin”, Int.
J. Syst. Evol. Microbiol, vol. 66, pp. 1063–
1067.
