Sử dụng phương pháp plasma tương tác chất lỏng để chế tạo chấm lượng tử carbon ứng dụng làm chất sát khuẩn thế hệ mới

Đề tài “Sử dụng phương pháp plasma tương tác chất lỏng để chế tạo nano carbon định hướng ứng dụng làm chất sát khuẩn thế hệ mới” có tính mới và tính sáng tạo thể hiện trên một số khía cạnh. 1. Tính mới Lần đầu tiên tại Việt Nam, vật liệu CQDs được chế tạo thành công bằng phương pháp plasma tương tác chất lỏng với định hướng ứng dụng làm chất sát khuẩn. Trong khi phần lớn các nghiên cứu trong và ngoài nước tập trung vào các ứng dụng phát quang, cảm biến hoặc y sinh học chẩn đoán, đề tài này đã mở rộng hướng tiếp cận theo hướng kháng khuẩn ứng dụng trong bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Đề tài chúng tôi đã chế tạo thành công CQDs có khả năng kháng khuẩn từ tiền chất nước cam bằng phương pháp plasma tương tác chất lỏng. Vật liệu CQDs tổng hợp được trong khuôn khổ đề tài có khả năng kháng khuẩn trung bình đối với hai chủng vi khuẩn điển hình là Escherichia coli và Staphylococcus aureus. Đây là kết quả có giá trị khoa học và thực tiễn, thể hiện tiềm năng phát triển các sản phẩm kháng khuẩn thế hệ mới có nguồn gốc từ vật liệu carbon, thân thiện với môi trường và hạn chế nguy cơ kháng thuốc. Các CQDs sau khi chế tạo thể hiện hoạt tính phát quang tốt, sự phát xạ phụ thuộc vào bước sóng kích thích có xu hướng dịch chuyển theo hướng dài hơn bước sóng; việc tính toán các giá trị của hệ số Huang - Rhys S nhấn mạnh tầm ảnh hưởng sâu sắc của sự ghép cặp sóng mang-phonon và hệ số Huang - Rhys đối với sự xuất hiện của STE trong CQDs. Các kết quả này chứng tỏ đặc tính quang học ổn định, phát huỳnh quang mạnh và bền vững của CQDs được xác nhận, góp phần làm rõ mối liên hệ giữa cấu trúc vật liệu và tính năng quang học trong điều kiện tổng hợp bằng plasma - vốn là một hướng nghiên cứu còn tương đối mới trong lĩnh vực vật liệu nano. 2. Tính sáng tạo Đề tài áp dụng công nghệ plasma tương tác chất lỏng - một phương pháp tiên tiến và thân thiện với môi trường - để chế tạo vật liệu CQDs, thay thế cho các phương pháp truyền thống (sử dụng nhiệt độ cao hoặc hóa chất khử mạnh). Phương pháp này không chỉ giảm thiểu chất thải độc hại, mà còn tăng khả năng kiểm soát kích thước, hình thái và tính chất bề mặt của vật liệu nano carbon. Quá trình tổng hợp không sử dụng chất xúc tác kim loại, không cần xử lý sau tổng hợp phức tạp, góp phần nâng cao tính hiệu quả và khả năng ứng dụng thực tế trong các điều kiện sản xuất quy mô vừa và nhỏ. Đề tài đã đề xuất hướng ứng dụng vật liệu CQDs như thành phần hoạt tính trong các chế phẩm kháng khuẩn thế hệ mới, có thể tích hợp vào các nền vật liệu khác nhau như polymer, hydrogel hoặc dung dịch. Đây là một hướng tiếp cận liên ngành, kết hợp giữa công nghệ plasma, hóa học vật liệu và y sinh học ứng dụng. Với cách tiếp cận mới trong công nghệ chế tạo, mục tiêu ứng dụng rõ ràng và kết quả thực nghiệm khả quan, đề tài đã thể hiện rõ tính mới và tính sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, đồng thời mở ra những tiền đề quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực vật liệu nano và ứng dụng kháng khuẩn an toàn, hiệu quả.

Đề tài "Sử dụng phương pháp plasma tương tác chất lỏng để chế tạo nano carbon định hướng ứng dụng làm chất sát khuẩn thế hệ mới" đã đạt được những kết quả đáng khích lệ, trong đó nổi bật là việc chế tạo thành công vật liệu CQDs có tính chất quang học tốt, ổn định, và khả năng kháng khuẩn trung bình đối với hai chủng vi khuẩn đại diện là Escherichia coli và Staphylococcus aureus. Các sản phẩm đề tài liên quan đến CQDs đã được công bố bằng các bài báo khoa học trong nước và quốc tế (01 bài báo đã công bố trên tạp chí khoa học Đại học Huế và 02 bài báo công bố trên tạp chí SCIE hạng Q2 và Q3) tạo nên uy tín cho đề tài, mở ra nhiều triển vọng ứng dụng trong các lĩnh vực y sinh và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Đề tài đã thể hiện khả năng áp dụng trên một số lĩnh vực ứng dụng. Thứ 1, Hiệu quả trong định hướng phát triển sản phẩm kháng khuẩn thế hệ mới CQDs được tổng hợp từ phương pháp plasma tương tác chất lỏng thể hiện hoạt tính kháng khuẩn rõ rệt đối với hai chủng vi khuẩn là Escherichia coli ATCC 25922 và Staphylococcus aureus ATCC 29213. Cụ thể, sau 30 giây tiếp xúc, CQDs đã ức chế sự phát triển của E. coli với hiệu suất kháng khuẩn đạt 57,0%, và sau 5 phút tiếp xúc, hiệu suất kháng khuẩn đối với S. aureus đạt 62,1%. CQDs thu được có khả năng phát huỳnh quang ổn định, không sử dụng kim loại nặng, ít độc hại, đồng thời thể hiện hoạt tính kháng khuẩn trung bình. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các chế phẩm sát khuẩn an toàn, thân thiện với môi trường, hướng tới sử dụng trong các lĩnh vực như: vật tư y tế (băng gạc, khẩu trang, bao tay), bao bì thực phẩm, nước rửa tay và dung dịch sát khuẩn bề mặt. Thứ 2, Khả năng tích hợp vào các hệ vật liệu phức hợp CQDs thu được phát quang mạnh, với bước sóng phát xạ phụ thuộc vào bước sóng kích thích, có xu hướng dịch chuyển về phía dài hơn bước sóng. Điều này cho thấy khả năng điều chỉnh tính chất quang học của CQDs, phù hợp với các ứng dụng trong cảm biến sinh học và phát hiện vi sinh vật. Với đặc tính phát quang và ổn định cao, CQDs có thể được tích hợp vào các hệ vật liệu polymer, hydrogel hoặc dung dịch, góp phần nâng cao hiệu quả kháng khuẩn đồng thời cung cấp thêm tính năng nhận biết hoặc theo dõi nhờ tính huỳnh quang. Điều này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu giám sát trực quan mức độ nhiễm khuẩn hoặc xác định thời gian sử dụng vật tư y tế. Từ kết quả bước đầu của đề tài, các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện hoạt tính kháng khuẩn thông qua biến tính bề mặt CQDs, kết hợp với các ion kim loại hoặc hợp chất sinh học, nhằm nâng cao hiệu quả diệt khuẩn và mở rộng phạm vi ứng dụng. Bên cạnh đó, việc ứng dụng CQDs trong các lĩnh vực khác như cảm biến sinh học, hiển thị sinh học hoặc y học tái tạo cũng là những hướng nghiên cứu tiềm năng. Thứ 3, Khả năng mở rộng quy mô và chuyển giao công nghệ Phương pháp plasma tương tác chất lỏng được sử dụng trong nghiên cứu có tính khả thi cao trong việc mở rộng quy mô phòng thí nghiệm lên quy mô sản xuất thử nghiệm. Quy trình chế tạo đơn giản, không yêu cầu hóa chất độc hại hoặc điều kiện nhiệt độ, áp suất khắt khe, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ, phục vụ sản xuất vật liệu nano ứng dụng trong thực tiễn. Thứ 4, Hiệu quả trong lĩnh vực giáo dục Các kết quả của nghiên cứu sẽ cung cấp một phương pháp xanh để nghiên cứu thực nghiệm chế tạo vật liệu. Nó có thể phát triển các ứng dụng trong y sinh của vật liệu, đặc biệt trong kháng khuẩn. Đây sẽ là nguồn tài liệu tham khảo cung cấp cho sinh viên, học viên, cán bộ nghiên cứu tại Thành phố Huế cũng như toàn quốc. Thứ 5, Tiềm năng một số ứng dụng Với những đặc tính vượt trội như khả năng kháng khuẩn hiệu quả, tính chất quang học ổn định và khả năng điều chỉnh theo yêu cầu, CQDs tổng hợp từ plasma tương tác chất lỏng có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực:​ Y sinh học: Phát triển vật liệu kháng khuẩn cho bề mặt thiết bị y tế, vết thương, vết bỏng, và các ứng dụng khác. Cảm biến sinh học: Sử dụng trong việc phát hiện vi sinh vật gây bệnh trong môi trường và thực phẩm. Điều trị nhiễm trùng: Phát triển các chế phẩm kháng khuẩn mới, đặc biệt trong bối cảnh kháng kháng sinh đang gia tăng. Ứng dụng quang học: Tận dụng tính chất quang học của CQDs trong các thiết bị quang học và cảm biến. Với những kết quả đạt được, đề tài không chỉ đóng góp vào kho tàng tri thức khoa học mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu nano carbon ứng dụng trong y sinh và các lĩnh vực liên quan. Đề tài có tính ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu về các giải pháp kháng khuẩn an toàn và hiệu quả ngày càng gia tăng. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần tạo ra vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng, mà còn đóng vai trò như một bước đệm quan trọng cho việc phát triển các sản phẩm công nghệ sinh học – y sinh học ứng dụng công nghệ plasma tiên tiến tại Việt Nam.

Các kết quả của đề tài làm nền tảng chế tạo chất sát khuẩn thế hệ mới. Đề tài đã đạt được những kết quả khả quan về mặt khoa học và công nghệ, đồng thời cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn rõ rệt. Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và xã hội của đề tài không chỉ thể hiện qua việc tạo ra sản phẩm vật liệu có tính năng kháng khuẩn và tính chất quang ổn định, mà còn nằm ở việc mở ra hướng phát triển bền vững, thân thiện môi trường và đáp ứng nhu cầu cấp thiết của xã hội hiện đại trong việc kiểm soát và phòng ngừa vi sinh vật gây hại. Thứ 1, Hiệu quả kinh tế CQDs chế tạo từ công nghệ plasma có tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các chế phẩm kháng khuẩn mới, với giá thành sản xuất thấp, nhờ sử dụng các tiền chất phổ biến, rẻ tiền và quy trình tổng hợp không yêu cầu trang thiết bị quá phức tạp. Bên cạnh đó, tính ổn định cao của sản phẩm tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ và triển khai ở quy mô ứng dụng. Trong bối cảnh nhu cầu thị trường đối với các sản phẩm sát khuẩn và vật liệu an toàn sinh học ngày càng gia tăng, đặc biệt sau các đợt dịch bệnh toàn cầu, việc phát triển CQDs kháng khuẩn có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các chế phẩm nhập khẩu, tăng cường năng lực sản xuất nội địa và tạo ra giá trị gia tăng cho ngành công nghiệp hóa dược, y sinh và vật liệu mới. Thứ 2, Hiệu quả kỹ thuật Đề tài đã chế tạo thành công vật liệu CQDs bằng phương pháp plasma tương tác chất lỏng. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt CQDs thu được có tính chất quang học tốt và ổn định, với khả năng phát quang mạnh và bền vững trong điều kiện thường. Bên cạnh đó, vật liệu này thể hiện hoạt tính kháng khuẩn ở mức trung bình đối với hai chủng vi khuẩn phổ biến là Escherichia coli và Staphylococcus aureus. Phương pháp plasma được triển khai trong nghiên cứu là một hướng tiếp cận hiện đại, có khả năng kiểm soát tốt kích thước và hình thái hạt nano, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại, góp phần thúc đẩy các giải pháp công nghệ thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu góp phần khẳng định tiềm năng ứng dụng của công nghệ plasma trong lĩnh vực tổng hợp vật liệu nano carbon phục vụ y sinh và môi trường. Thứ 3, Hiệu quả xã hội Việc ứng dụng vật liệu nano carbon có khả năng kháng khuẩn trong các sản phẩm tiêu dùng, vật tư y tế hoặc bao bì thực phẩm có thể góp phần nâng cao hiệu quả phòng chống bệnh tật trong cộng đồng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ kháng thuốc do lạm dụng kháng sinh. Vật liệu có hoạt tính kháng khuẩn ở mức trung bình, phù hợp cho các ứng dụng có mức độ an toàn cao, hạn chế độc tính, hướng tới sử dụng rộng rãi trong đời sống. Ngoài ra, kết quả của đề tài đã góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển công nghệ plasma – nano tại Việt Nam, đồng thời đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học trẻ có trình độ chuyên môn cao trong lĩnh vực vật liệu mới và công nghệ liên ngành. Đây là cơ sở quan trọng để phát triển các nghiên cứu chuyên sâu và chuyển giao công nghệ trong tương lai.