Khoa học lý giải vì sao rửa tay bằng xà phòng lại hiệu quả
Giáo sư Palli Thordarson của trường Hóa học tại ĐH New South Wales, Sydney giải thích với chúng ta vì sao xà phòng lại hữu hiệu hơn cồn và các chất tẩy rửa khác ở việc phá hủy cấu trúc của các virus.
Tại sao xà phòng lại hiệu quả với coronavirus mới và thậm chí với phần lớn virus? Bởi vì đó là một hạt nano tự lắp ráp, trong đó sự liên hệ lỏng lẻo nhất chính là lớp lipid kép.
Nghe có vẻ khoa học quá, hãy để cho tôi giải thích.
Xà phòng làm phân rã màng chất béo, và virus rơi rụng ra như ngôi nhà làm bằng các tấm bìa và “chết”, hoặc đúng hơn là trở nên bất hoạt như các virus không còn sống nữa. Các con virus có khả năng hoạt động bên ngoài cơ thể nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày.
Các chất tẩy rửa, ở dạng lỏng, khăn ướt, keo hay kem chứa cồn (và xà phòng) có một hiệu ứng tương tự nhưng không tốt như xà phòng thông thường. Các tác nhân kháng vi khuẩn trong các sản phẩm này không hiệu quả với cấu trúc của virus nhiều lắm. Kết quả là nhiều sản phẩm kháng khuẩn về cơ bản chỉ là một phiên bản đắt tiền của xà phòng trong cách chúng tác động lên các virus. Xà phòng là tốt nhất nhưng các khăn ướt chứa cồn cũng tốt khi việc sử dụng xà phòng không tiện lợi hoặc không cầm theo người được, ví dụ trong các khu vực lễ tân văn phòng.
Hóa học siêu phân tử
Nhưng tại sao xà phòng lại tốt? Để giải thích điều này, tôi sẽ đưa bạn qua một cuộc hành trình của hóa học siêu phân tử, khoa học nano và virus học. Dù chỉ là một chuyên gia về hóa học siêu phân tử và liên quan đến khoa học nano và không phải là một nhà virus học nhưng tôi luôn bị các virus hấp dẫn. Bởi tôi thấy chúng như một trong những ví dụ thú vị nhất cho thấy cả hóa học siêu phân tử và khoa học nano cùng hội tụ trong virus theo nhiều cách khác nhau.
Phần lớn các virus đều bao gồm ba khối chính: RNA, các protein và các lipid. RNA là vật liệu di truyền của virus – nó tương tự như DNA của con người. Các protein đóng nhiều vai trò, bao gồm việc phá vỡ bề mặt để xâm nhập tế bào đích, giúp cho virus có thể tự sao chép và về cơ bản trở thành một thành phần quan trọng giống như gạch xây nhà trong cấu trúc virus.
Các lipid sau đó hình thành một lớp áo bên ngoài virus, cả cho bảo vệ và hỗ trợ sự lây lan của virus cũng như xâm nhập vào tế bào người. Bộ ba RNA, protein và lipid tự tập hợp để hình thành nên virus. Trầm trọng hơn, các liên kết “cộng hóa trị” không đủ mạnh để giữ cho các thành phần này ở cạnh nhau. Do đó, việc tự tập hợp của virus được đặt trên cơ sở các tương tác “phi cộng hóa trị” yếu giữa các protein, RNA và lipid. Cùng với nhau, các hoạt động này giống như kiểu các miếng dán của Velcro, vì vậy rất khó để phá vỡ hạt virus tự tập hợp này. Dẫu vậy chúng ta vẫn có thể làm điều đó với xà phòng!
Phần lớn các loại virus, bao gồm coronavirus, đều có kích thước khoảng 50 đến 200 nano mét – vì vậy chúng thực sự là các hạt nano. Các hạt nano đều có những tương tác phức tạp với các bề mặt mà chúng ở trên; điều này tương tự như virus. Trên thực tế, các loại da, thép, gỗ, vải, sơn và sứ đều có những bề mặt rất khác nhau.
Khi một virus xâm nhập vào một tế bào, RNA sẽ “cướp quyền” điều khiển tế bào như một virus máy tính và buộc tế bào phải tạo ra các bản sao RNA mới của virus và cùng các protein khác tạo nên virus. Các phân tử RNA và protein mới của phân tử tự tập hợp với các lipid (có sẵn trong tế bào) để hình thành các bản sao mới của virus. Virus không tự sao chép chính mình mà nó tạo ra bản sao của các thành phần cơ bản để hình thành các virus mới.
Tất cả các virus mới cuối cùng tràn ngập tế bào bị xâm nhập, dẫn đến tế bào chết hoặc bị phơi nhiễm, giải phóng các virus tỏa đi khắp các tế bào khác. Trong phổi, virus xâm nhập theo đường khí thở và các màng nhầy. Khi anh ho hoặc hắt hơi, các giọt dịch nhỏ tí từ đường khí có thể bay xa tới hơn 9 mét. Với những người mang coronavirus thì giọt dịch có thể đi hơn 2 mét, vì vậy hãy cẩn thận!
Da là bề mặt lý tưởng cho virus
Các giọt dịch sẽ đáp xuống các bề mặt và khô đi nhanh chóng, tuy nhiên các con virus vẫn còn hoạt động. Những gì xảy ra tiếp theo là ở khía cạnh hóa học siêu phân tử và cách các hạt nano có khả năng tự tập hợp (như virus) tương tác với môi trường chúng ở. Gỗ, vải và da tương tác rất mạnh với các loại virus vì các phân tử giống nhau thì tương tác với nhau mạnh hơn.
Mặt khác, vấn đề ở đây còn là cấu trúc bề mặt. Bề mặt phẳng hơn thì virus sẽ dính vào còn bề mặt xù xì thì lại đẩy virus đi. Tại sao? Virus được kết hợp từ các thành phần cơ bản bằng các liên kết hydro giống như nước và các tương tác ưa nước. Ví dụ bề mặt của sợi hay gỗ có thể hình thành trên rất nhiều liên kết hydro với virus. Tương phản, thép, sứ đều không hình thành nhiều liên kết hydro với virus, vì vậy virus hờ hững với các bề mặt đó.
Vậy virus có thể hoạt động trong vòng bao lâu? Nó còn phụ thuộc vào một số vấn đề khác. Virus coronavirus mới được cho là vẫn còn hoạt động mạnh trên các bề mặt ưa thích trong nhiều giờ, có thể cả ngày. Vậy cái gì sẽ khiến virus kém bền vững hơn? Độ ẩm (phân rã), ánh nắng mặt trời (tia UV) và nhiệt (chuyển động phân tử).
Da là một bề mặt lý tưởng cho một con virus. Nó là hữu cơ, và các protein và axít béo trong tế bào chết trên bề mặt tương tác với virus thông qua liên kết hydro và các tương tác ưa nước “như chất béo”. Vì vậy khi anh chạm vào bề mặt thép với một hạt virus bám trên đó, nó sẽ chộp lấy da anh và vận chuyển lên tay anh. Nhưng anh không bị nhiễm ngay; nếu anh chạm lên mặt mình, khi đó virus đã được vận chuyển thành công. Nếu virus còn trên tay bạn, bạn có thể chuyển nó sang người khác thông qua bắt tay.
Và giờ thì virus là mối nguy hiểm gần với đường hô hấp và các màng dịch nhầy trong và quanh mắt, mũi. Vì vậy virus có thể xâm nhập và trong và anh bị nhiễm bệnh, trừ khi hệ miễn dịch của anh diệt được virus. Vậy anh thường xuyên chạm tay vào mặt mình? Phần lớn mọi người thường chạm vào mặt mình một lần trong vòng hai đến năm phút. Vì vậy bạn có nguy cơ cao một khi virus bám trên tay, trừ khi bạn rửa tay cẩn thận.
Do đó hãy cố gắng rửa tay với nước sạch. Tuy nhiên chỉ có nước là không đủ giúp vượt qua tương tác mạnh như keo dán giữa da và virus thông qua các liên kết hydro. Virus vẫn còn bám lấy và không hề suy suyển khỏi da tay bạn.
Xà phòng làm phân rã cấu trúc virus
Nước chứa xà phòng toàn toàn khác biệt với nước thường. Xà phòng chứa các chất liệu như chất béo mà người ta vẫn gọi là chất lưỡng phân, tương tự về mặt cấu trúc với các lipid trong màng virus. Các phân tử xà phòng “cạnh tranh” với các lipid trong màng virus. Đó là cách xà phòng loại bỏ các chất bẩn thông thường khỏi da.
Các phân tử xà phòng cạnh tranh với rất nhiều liên kết phi cộng hóa trị, liên kết giúp các protein, RNA và lipid gắn lại với nhau. Cộng thêm với nước, xà phòng làm phân rã một cách hiệu quả chất dính kết này.
Xà phòng cũng đánh bại cả các tương tác giữa virus và bề mặt da. Ngay sau đó virus rơi rụng tùy thuộc vào sự kết hợp của nước và xà phòng. Và cho đến lúc virus bị gột rửa hoàn toàn!
Nhìn gần, làn da xù xì và nhăn nheo, đó là lý do giải thích vì sao bạn cần lấy một lượng xà phòng đủ để đảm bảo cho xà phòng có thể chạm đến mọi ngóc ngách của da để có thể loại bỏ mọi virus bị giấu kín.
Các sản phẩm chứa cồn, rượu cũng nằm trong nhóm sản phẩm “tẩy rửa” và “kháng khuẩn” do chứ một lượng dung dịch cồn cao, tiêu biểu khoảng 60% đến 80% ethanol, thi thoảng bổ sung một ít rượu isopropyl, nước và một chút xà phòng.
Ethanol và các dạng khác của cồn không chỉ làm hình thành nhanh chóng liên kết hydro với vật liệu của virus mà còn nhiều chất béo hơn nước. Kể từ đây, cồn làm phân rã màng lipid và phá vỡ các tương tác siêu phân tử khác trong virus.
Dẫu sao, anh cần một lượng cồn cao hơn (có thể trên 60%) để có thể phân rã được virus. Vodka hay whiskey (thông thường chứa 40% ethanol) không thể loại được virus nhanh chóng. Về tổng thể, cồn hay rượu không hiệu quả như xà phòng trong nhiệm vụ này.
Như vậy hóa học siêu phân tử và khoa học nano nói với chúng ta không chỉ về cách các thành phần của virus tự tập hợp mà còn chỉ cách cho chúng ta đánh bại chúng với những thứ đơn giản như xà phòng.
Tô Vân dịch
