Báo cáo CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO, TRIỂN VỌNG VÀ ỨNG DỤNG

Công nghệ sinh học nano là sự giao thoa của công nghệ nano và sinh học, và là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nghiên cứu công nghệ cao. Nói một cách khác, công nghệ sinh học nano là công nghệ sinh học ở mức độ siêu nhỏ (mức độ nm) liên quan đến phương pháp sử dụng vật liệu và thiết bị công nghệ nano để nghiên cứu hệ sinh học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo " CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO, TRIỂN VỌNG VÀ ỨNG DỤNG " Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011 CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO, TRIỂN VỌNG VÀ ỨNG DỤNG Nguyễn Tiến Thắng Viện Sinh học nhiệt đới TÓM TẮT Công nghệ sinh học nano là sự giao thoa của công nghệ nano và sinh học, và là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nghiên cứu công nghệ cao. Nói một cách khác, công nghệ sinh học nano là công nghệ sinh học ở mức độ siêu nhỏ (mức độ nm) liên quan đến phương pháp sử dụng vật liệu và thiết bị công nghệ nano để nghiên cứu hệ sinh học. Ứng dụng của công nghệ sinh học nano gia tăng rất nhanh, đặc biệt trong lĩnh vực y học. Một số thiết bị công nghệ sinh học nano đã được chế tạo tại Việt Nam.KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO Công nghệ sinh học nano (CNSH nano) là phạm trù khoa học mới xuất hiện gần đây dựatrên cơ sở kết hợp của công nghệ nano và sinh học. Một mặt CNSH nano nghiên cứu sử dụng “bộmáy sinh học” để hòan thiện hoặc sáng tạo công nghệ nano mới. Mặt khác nó nghiên cứu sử dụngcông cụ công nghệ nano để nghiên cứu hệ sinh học [8][9]. Nói một cách văn vẻ hơn, CNSH nano làmột sự thu nhỏ quá trình và thiết bị CNSH về mức độ nano. Thí dụ công nghệ DNA nano hay bộmáy họat động của tế bào có thể coi là CNSH nano, vì cả hai đều dựa và o họat động của các phântử sinh học ở mức độ nano. Mặt khác, hạt nano sử dụng làm phương tiện vận chuyển thuốc chữabệnh hướng đích hoặc làm cảm biến sinh học cũng là thí dụ CNSH nano, vì trong trường hợp này,công cụ của công nghệ nano được sử dụng cho mục đích sinh học [10][11]. Hiểu biết về hóa sinh học là cơ sở khoa học của CNSH nano. Vì CNSH nano nghiên cứu cácquá trình biến đổi sinh học ở mức độ tế bào và mô liên quan đến: Biến đổi hình dạng, độ bámdính...; Sự kích thích cơ-điện, độ chứa điện, chứa năng lượng, pin sinh học...; Sự hấp phụ, pháthùynh quang, hiện tượng quang-hóa; Độ giữ nhiệt, điều biến nhiệt...; Cách thức tế bào tương tác vớivật liệu nano, các phân tử khuyết tật, hệ cơ-sinh học; Bệnh di truyền, ung thư, khuyết tật mô hoặctạng, cũng như xây dựng hệ máy tính DNA.Các hướng nghiên cứu và ứng dụng của Công nghệ Sinh học Nano Trước hết là các ứng dụng trong lĩnh vực y học. Đó là các hạt nanospheres được bọc bởipolymer phát quang có khả năng nhận biết đặc hiệu các phân tử sinh học khác nhau, được sử dụngtrong phân tích trao đổi chất Thí dụ sử dụng trong cơ thể người để phát hiện các chất trao đổi liênquan đến ung thư hay bệnh nan y nào khác. Sử dụng vi khuẩn nano (nanobacteria) chữa bệnh vớikích thước khỏang 25-200 nm do NanoBiotech Pharma chế tạo. Công nghệ DNA nano sử dụng tínhchất gỡ sợi và lai bắt cặp tương hỗ của DNA trong thiết kế DNA array sử dụng trong nghiên cứubiểu hiện gen và protein (genomics và proteomics). CNSH nano nghiên cứu chế tạo công cụ phân tửsinh học, CNSH nano trong sinh tin học giúp xác định trình tự gen, tìm kiếm và sàng lọc nhanhdược phẩm. Sử dụng màng nano sinh học tự phân hủy trong bảo quản thực phẩm, trong kỹ thuậtsiêu lọc... CNSH nano chủ yếu sử dụng các công cụ nghiên cứu như kính hiển vi điện tử quét, đâmxuyên, kính hiển vi nguyên tử, thiết bị nhiễu xạ tia X, kỹ thuật DNA tái tổ hợp, kỹ thuật siêu máytính.Tổng doanh thu của thị trường sản phẩm CNSH nano vào năm 2010 khỏang 19,3 tỷ USD, giatăng hàng năm khỏang 9% và dự kiến sẽ đạt khỏang 29,7 tỷ USD vào năm 2015. Fullerene (Bucky balls) hay C-Sixty có đường kính lỗ khỏang 1 nm, cấu tạo từ 60 nguyên tửC, thường để gắn kháng thể. Dendrimer, một dạng polymer nhánh sử dụng làm phương tiện vậnchuyển vật liệu di truyền, thuốc chữa bệnh vào tế bào hoặc khối u đích, không gây phản ứng miễndịch nhờ cấu trúc nhỏ và có nhánh. Nanoshell (sò nano) có nhân là hạt silic được bọc màng vànggắn thuốc, có khả năng hấp thu ánh sáng hồng ngọai. Khi hạt tiếp cận tế bào hoặc khối u đích,người ta dùng hồng ngọai kích thích giải phóng thuốc. 188 Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011 Hình 1. Các hướng ứng dụng của công nghệ sinh học nanoMột số dạng cấu trúc nano phổ biến sử dụng trong công nghệ sinh học nano Có 3 lọai vector sử dụng trong dẫn chuyển thuốc hướng đích. Đó là liposome(phospholipid), nanocapsule (ở dạng dịch dầu bao bởi polymer) và nanosphere (polymer có thểphân hủy). Chip sinh học (DNA chip, protein chip, tế bào chip, lab chip, chip cấy ghép...) là nhóm sảnphẩm CNSH nano họat động trên nguyên tắc lý chuyển đổi phản ứng hóa-sinh thành tín hiệu đođược (thường là tín hiện điện tử). Chip sinh học cấu tạo gồm 2 phần: Phần thụ thể sinh học(bioreceptor) và phần chuyển đổi (transducer). Trong đó phản ứng giữa mẫu dò và đích trên bề mặtchip (Thí dụ lai bắt cặp DNA-DNA, DNA-RNA, kháng nguyên-kháng ...