Ứng dụng nước hoạt hóa điện hóa trong y tế, phòng chống đại dịch Covid-19

Vì vậy, sử dụng hiệu quả các hóa chất khử trùng và công nghệ khử trùng trở nên vô cùng quan trọng và bức thiết trong bối cảnh dịch bệnh đang có nhiều diễn biến phức tạp. Trên thế giới đã sử dụng hàng trăm chất khử trùng khác nhau. Mỗi loại chất khử trùng mang những đặc tính riêng biệt, thích hợp với từng mục đích sử dụng, điều kiện cụ thể, và cũng có không ít chất mang tính chất độc hại, gây ô nhiễm môi trường hoặc chi phí sản xuất và vận hành lớn.

Nước anolyte, một dạng của dung dịch hoạt hóa điện hóa, đã từ lâu được sử dụng như một chất sát khuẩn chi phí thấp, hiệu quả và thân thiện với môi trường, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp, nông nghiệp, thủy sản. Gần đây, cập nhật ngày 26/3/2020, hoạt chất chính trong nước anolyte là axit hypochlorous (HOCl), là một trong số 351 hóa chất, được tổ chức bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đưa vào danh sách N: những hóa chất khử trùng được sử dụng trong phòng chống các tác nhân virus mới nổi và virus SARS-CoV-2 gây bệnh viêm phổi cấp ở người.

Dung dịch hoạt hóa điện (HHĐH) có thuật ngữ tiếng Anh là Electro-Chemical Activation (ECA) hoặc Electrolyzed oxidating water (EO) được nhà khoa học người Nga là Balkir Vitold Mikhailovich nghiên cứu và phát hiện lần đầu tiên vào năm 1975. Nước HHĐH được sản xuất bằng cách điện phân dung dịch muối ăn NaCl loãng (5 %o) bằng dòng điện một chiều trong buồng phản ứng điện hóa có màng ngăn với các điện cực là các dạng tấm phẳng cách xa nhau. Tại cực dương (anode) các ion tích điện âm như clo (Cl- ) và hydroxid (OH- ) di chuyển đến và cho điện tử để trở thành khí oxy, clo, hypochlorite ion, axit hypochlorous và axit hydrochloric. Trong khi đó, các ion tích điện dương như hydrogen (H+) và natri (Na+) di chuyển đến cực âm (cathode) để nhận điện tử và trở thành khí hydro và natrihydroxide NaOH (Hsu, 2005). Có hai loại nước điện hóa được sản xuất đồng thời trong buồng điện phân là anolyte và catholyte. Nước anolyte là chất lỏng không màu, có mùi clo nhẹ, có tính axit với pH < 3, có thế oxy hóa khử dương cao (ORP > 1000 mV), hàm lượng oxy hòa tan cao và chứa clo tự do hay còn gọi là clo hoạt tính (HClO, ClO-), được sản xuất ở cực anode. Nếu màng ngăn không ngăn cách hoàn toàn sẽ cho phép ion Cl- phản ứng với ion OH- và Na+ ở cực dương, tạo ra dung dịch NaCl + NaClO + H2O. Clo hoạt tính là chất oxy hóa duy nhất được sản xuất trong thiết bị chuyên sản sản xuất nước điện hóa điển hình như ở Hình 1 (Huang và ctv, 2008).

Nước catholyde, được sản xuất ở cực cathode, có tính kiềm (pH 10,0-11,5), hàm lượng ion hydro hòa tan cao và thế oxy hóa khử thấp (-800 mV đến -900 mV). Nước anolyte có tính sát khuẩn cao, được sử dụng làm dung dịch khử trùng hiệu quả cao, tác động nhanh, phổ tác dụng rộng, thân thiện với môi trường, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, đặc biệt là lĩnh vực y tế. Trong khi đó, nước catholyde, tùy vào mức pH, mà có thể sử dụng làm chất tẩy rửa hoặc dùng để hỗ trợ điều trị bệnh liên quan đến đường tiêu hóa, nâng cao sức khỏe ở người hoặc hỗ trợ quá trình hấp thu thức ăn của vật nuôi, làm tăng hiệu quả chăn nuôi, kích thích rau tăng trưởng.

Ưu điểm chính của nước anolyte là tính an toàn của nó. Mặc dù nước anolyte có tính axit nhưng nó không ăn mòn da, chất nhầy màng, hoặc vật liệu hữu cơ như axit axit sulfuric. Mặt khác, nó cũng không gây kích ứng da, kích ứng màng, gây độc tính cấp tính như natri hypochlorite (NaClO). Khi hết hoạt tính diệt khuẩn nó trở thành nước bình thường. Vì vậy, nước anolyte ít tác động bất lợi đến môi trường cũng như sức khỏe của người dùng. Nhược điểm chính của nước anolyte là sẽ mất hoạt tính kháng khuẩn theo thời gian nếu không được cung cấp H +, HOCl và Cl2 bằng điện phân nước muối liên tục. Theo Trung tâm phát triển công nghệ cao thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, thời gian lưu giữ nước anolyte có hoạt tính cao nhất với hàm lượng NaCl trong dung dịch ban đầu 5 g/l thường là 3 ngày.

Ở Việt Nam, Viện công nghệ môi trường thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chế tạo thành công thiết bị HHĐH kiểu STEL với tên gọi là ECAWA trên cơ sở công nghệ nguồn từ Nga. Thiết bị này cho phép sản xuất nước anlolyte trung tính (gọi tắt là ANK) với công suất có thể đạt từ 20-500 L/giờ, thế oxy hóa khử ORP 800-900 mV, nồng độ clo hoạt tính đạt 300-350 mg/L, pH từ 6,5-7,5.

Khả năng diệt khuẩn của nước anolyte là tác động tổng hợp của ba cơ chế. Thứ nhất, thế oxy hóa khử (ORP) cao của nước có thể làm thay đổi dòng trao đổi chất, thay đổi dòng điện tử trong tế bào và việc sản xuất phân tử cao năng lượng ATP của tế bào vi khuẩn. Thứ hai, nước anolyte khi ở giá trị pH thấp có thể làm màng ngoài tế bào vi khuẩn trở nên nhạy cảm nên clo hoạt tính xâm nhập vào tế bào vi sinh vật trở nên dễ dàng hơn. Thứ ba, axit HOCl, là thành phần clo có hoạt tính cao nhất, giết tế bào vi sinh vật theo một số cách như làm tổn thương vách và màng tế bào vi khuẩn, ức chế quá trình oxy hóa gluco thông qua việc oxy hóa enzyme quan trọng cho quá trình trao chất carbohydrate, ức chế quá trình sinh tổng hợp protein.

Tuy nhiên khả năng diệt khuẩn phụ thuộc lớn nhất vào nồng độ HOCl trong nước chứ không phải là ORP và pH. Nghiên cứu đã cho thấy nước anolyte có khả năng diệt khuẩn trong phạm vi pH rộng (2.6-7) nếu hàm lượng clo tự do trong nước là 2 mg/L. Trong hai thành phần của clo hoạt tính là HClO và ion OCl-, ion OCl- thường có tác dụng khử trùng thấp hơn do chúng khó thấm qua vách hoặc màng tế bào vi sinh vật vì cùng mang điện tích âm với màng của tế bào vi sinh vật. Do đó, khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong nước. Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào pH của nước. Cụ thể:

pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5%, OCl- chiếm 0,5%

pH = 7 thì HOCl chiếm 79%, OCl- chiếm 21%

pH = 8 thì HOCl chiếm 25%, OCl- chiếm 75%

Tổng quan kết quả nghiên cứu của Huang và ctv (2008) cho thấy nước anolyte có tính sát khuẩn cao, phổ sát khuẩn rộng, có thể diệt gần 30 loài vi khuẩn như Salmonella enteritidis, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli O157:H7 và nhiều loài nấm ký sinh. Trong điều kiện thí nghiệm, nước anolyte cũng có khả năng diệt hiệu quả virus gây bệnh ở người như virus viêm gan B (HBV), viêm gan C (HBC) và virus gây suy giảm hệ miễn dịch (HIV). Trong thực tế, nước anlolyte đã được các cơ quan y tế trong và ngoài nước cho phép sử dụng để chống lại các vi khuẩn, virus, nấm , khử độc sinh học như rửa tay, sát trùng dụng cụ y tế, sát trùng các vết thương, các vết lở loét, phòng biến chứng nhiễm trùng sau mổ, vệ sinh sàn nhà….mà không ảnh hưởng tới sức khỏe hay tổn thương da, tế bào.

Trong tình hình đại dịch COVID-19 diễn biến phức tạp ở Việt Nam, nước anolyte trung tính đã được đưa vào sử dụng trong các buồng khử khuẩn toàn thân, góp phần ngăn ngừa lây lan dịch như ở TP. Hồ Chí Minh và Hà Nội. Gần đây Sở Khoa học và Công nghệ Nghệ An đã phối hợp với Trường cao đẳng Kỹ thuật công nghiệp Việt Nam - Hàn Quốc chế tạo buồng khử khuẩn toàn thân kết hợp hai cơ chế: sử dụng nhiệt độ cao (45-50 oC) và hệ thống phun siêu âm tự động 360O dung dịch anolyte trung tính (khử khuẩn bằng clo hoạt tính), tạo hạt sương cỡ 5µm.

Nước anolyte trung tính được sản xuất trong buồng điện phân có màng ngăn có chất sát khuẩn là HOCl và ion OCl-, không chứa NaClO (thành phần sát khuẩn chính của nước Javen). Nước anolyte trung tính KT có hàm lượng clo hoạt tính là 300-350 mg/L, pH 7,5-8,5, ORP > 800 mV. Khi sử dụng trong buồng khử khuẩn, nước được pha với nước đã qua lọc RO với tỉ lệ 1:9. Hệ thống này hoàn toàn không sử dụng khí ozone nên có tính an toàn cao về sức khỏe cho người sử dụng. Kết quả thử nghiệm ban đầu tại Bệnh viện Hữu nghị đa khoa Nghệ An cho thấy buồng khử khuẩn toàn thân có khả năng diệt các loài vi khuẩn bám trên da, quần áo, giày dép người thử nghiệm sau thời gian 20 giây.

Hiện nay có một số ý kiến lo ngại về an toàn sức khỏe khi sử dụng anolyte trong buồng khử khuẩn toàn thân do chưa có thông tin về cơ sở khoa học. Tuy nhiên, nghiên cứu ở Mỹ, khi sử dụng liều thấp clo hoạt tính trong nước anolyte trung tính là axit HOCl (2,26 mg/L ở pH 7,0 và 1,13 mg/L ở pH 8,4) để rửa mũi phòng các bệnh về vi khuẩn, nấm và virus cho kết quả rất khả quan và tin cậy.

Tế bào biểu mô khoang mũi không bị tổn hại về hình dạng và không bị ngộ độc sau 30 phút hoặc 2h sau khi rửa với dung dịch axit HOCl. Hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch có tác dụng trên 99 % với 7 loài vi khuẩn và nấm ở cả pH 7,0 và 8,4. Thêm vào đó, dung dịch khử khuẩn này làm giảm đến 3.2‐log10 virus gây cúm A ở người. Dựa vào kết quả nghiên cứu này, dung dịch HOCl liều thấp được khuyến nghị sử dụng trong rửa mũi ở người hiệu quả và an toàn. Đây là minh chứng góp phần cung cấp cơ sở khoa học về tính an toàn của dung dich anolyte trung tính sử dụng trong các buồng khử khuẩn toàn thân hiện nay trên cả nước. Khi tính sát khuẩn và an toàn sức khỏe cho người sử dụng đã được khẳng định, buồng khử khuẩn toàn thân sử dụng kết hợp nhiệt độ cao và anolyte trung tính sẽ được sản xuất và sử dụng rộng rãi, góp phần ngăn chặn đại dịch COVID-19 hiện nay.