Nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển đã phát triển được công nghệ mới đóng vai trò quan trọng chống lại tình trạng kháng kháng sinh, đặc biệt là trong các thủ thuật phẫu thuật như cấy ghép hông và đầu gối. Kỹ thuật này liên quan đến việc làm nóng các thanh nano vàng nhỏ xíu nhờ có ánh sáng cận hồng ngoại (NIR) để khử trùng bề mặt mô cấy bằng cách tiêu diệt vi khuẩn.

Nhiễm trùng có thể xảy ra trong quá trình phẫu thuật, với nguy cơ tăng đáng kể khi các vật liệu lạ như đầu gối giả, được cấy ghép vào cơ thể. Sự xuất hiện của vật liệu lạ làm suy yếu hệ miễn dịch của cơ thể và các phương pháp điều trị bằng kháng sinh thường được sử dụng. Nếu bị nhiễm trùng, sẽ phải dùng kháng sinh liều cao trong thời gian điều trị dài, đôi khi là suốt đời. Điều này kéo theo nguy cơ kháng kháng sinh tăng cao, được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) coi là một trong những mối đe dọa lớn đối với sức khỏe con người.

Nhiệt tiêu diệt vi khuẩn trên bề mặt mô cấy

Công nghệ mới gắn các thanh vàng có kích thước nano vào bề mặt mô cấy. Khi ánh sáng NIR chiếu vào bề mặt mô cấy, các thanh nano vàng nóng lên và hoạt động như bộ phận gia nhiệt nhỏ. Do các yếu tố gia nhiệt rất nhỏ nên quá trình gia nhiệt diễn ra rất cục bộ, tiêu diệt mọi vi khuẩn trên bề mặt mô cấy mà không làm nóng mô xung quanh.

Ánh sáng NIR vô hình với mắt thường nhưng có khả năng xuyên qua mô người, cho phép làm nóng các thanh nano vàng trên bề mặt mô cấy bên trong cơ thể bằng cách chiếu sáng da. Các thanh nano vàng được phân bố thưa thớt, chỉ bao phủ khoảng 10% bề mặt mô cấy. Nghĩa là các đặc tính có lợi của vật liệu, như khả năng bám vào xương, phần lớn vẫn được giữ lại.

Đo chính xác nhiệt độ của thanh nano vàng

Để hiểu rõ cách thức hoạt động của công nghệ và cách các thanh nano vàng được làm nóng bằng ánh sáng NIR ảnh hưởng đến cả vi khuẩn và tế bào người, các nhà nghiên cứu cần đo nhiệt độ của các thanh đó. Các thanh nano vàng có kích thước nhỏ nên không thể đo bằng nhiệt kế thông thường, do đó, các nhà khoa học đã sử dụng tia X để nghiên cứu cách các nguyên tử vàng di chuyển. Phương pháp này cho phép đo chính xác nhiệt độ của các thanh nano vàng và xác định cách điều chỉnh nhiệt độ bằng cường độ ánh sáng NIR.

Maja Uusitalo, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Nhiệt độ không được vượt quá 1200C, vì nhiệt độ cao hơn khiến các thanh nano biến dạng thành hình cầu. Do đó, chúng mất đi các đặc tính quang học và không còn có thể hấp thụ ánh sáng NIR hiệu quả, cản trở việc làm nóng các thanh nano. Quá trình gia nhiệt diễn ra rất cục bộ với năng lượng truyền đến môi trường xung quanh thấp, rất quan trọng để tránh gây bất kỳ tổn thương nào cho mô xung quanh.

Các nhà nghiên cứu hy vọng phương pháp này có thể được sử dụng trên nhiều vật liệu mô cấy như titan hoặc các loại nhựa khác nhau.

Các thanh nano vàng có thể kháng khuẩn khi được kích hoạt

Bản thân các thanh nano vàng hoàn toàn thụ động trên bề mặt trước khi ánh sáng NIR làm nóng chúng. Chỉ khi được kích hoạt, các thanh nano vàng mới nóng lên và phát huy hiệu ứng kháng khuẩn.

Martin Andersson, một trong các tác giả cho biết: “Chúng tôi có thể kiểm soát thời điểm bề mặt cần và không cần kháng khuẩn. Khi chúng tôi tắt đèn, bề mặt không còn kháng khuẩn nữa và trở lại trạng thái ban đầu. Đây là lợi thế vì nhiều bề mặt kháng khuẩn thường có tác động tiêu cực đến quá trình chữa lành”

Mục tiêu cuối cùng là đưa công nghệ này vào chăm sóc sức khỏe

Martin Andersson cho rằng: “Chúng tôi chủ yếu tin tưởng vào việc sử dụng ánh sáng NIR để sưởi ấm ngay sau khi cấy ghép và khâu vết thương. Bằng cách làm nóng các thanh nano vàng, chúng tôi có thể loại bỏ bất kỳ vi khuẩn nào đã bám trên bộ phận giả trong quá trình phẫu thuật”.

Tất cả vi khuẩn đều chết vì nhiệt từ các thanh nano vàng, nhưng ngay cả các tế bào thông thường cũng có thể bị tổn thương trong quá trình điều trị. Nếu một vài tế bào người bị phá hủy trong quá trình làm nóng NIR, cơ thể sẽ nhanh chóng tái tạo tế bào mới, do đó tác động đến quá trình chữa lành là tối thiểu.

Công nghệ sử dụng các thanh nano vàng được làm nóng bằng NIR, trước đây đã được đề cập trong nghiên cứu ung thư, nhưng đây là nhóm đầu tiên sử dụng công nghệ này để tạo ra bề mặt kháng khuẩn trên các mô cấy với độ chính xác và khả năng kiểm soát cao.

N.P.D (NASATI), theo Scitechdaily, 11/2024