CÔNG NGHỆ NANO TRONG Y – SINH HỌC

Trong đó, y dược là thị trường lớn nhất tiêu thụ vật liệu nano. Vật liệu nanocó khả năng ứng dụng cao trong y – sinh học vì kích thước của chúng so sánhđược với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước nhỏ bé, cộng vớiviệc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhậpvào các tế bào hoặc virus thì vật liệu nano được ứng dụng cụ thể trong y – sinhhọc ra sao, chúng ta...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CÔNG NGHỆ NANO TRONG Y – SINH HỌC CÔNG NGHỆ NANO TRONG Y – SINH HỌC Công nghệ nano có ứng dụng rất lớn trong nhiều lĩnh vực c ủa đời s ống. Cácvật liệu nano được sử dụng và nghiên cứu phát triển để t ận d ụng t ối đa ưu th ếvà ích lợi nhiều mặt của nó, kể đến như:- Y dược : Hạt nano- Hóa chất và vật liệu cao cấp : Ống nano- Công nghệ thông tin, viễn thông : Vật liệu xốp nano- Năng lượng : Lồng nano- Tự động hóa : Chấm lượng tử- Hàng không vũ trụ : Vật liệu cấu trúc nano- Dệt : Sợi nano- Nông nghiệp : Hạt chứa hạt nano (capsule) Trong đó, y dược là thị trường lớn nhất tiêu thụ vật liệu nano. V ật li ệu nanocó khả năng ứng dụng cao trong y – sinh học vì kích thước của chúng so sánhđược với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước nh ỏ bé, c ộng v ớiviệc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có th ể thâm nh ậpvào các tế bào hoặc virus thì vật liệu nano được ứng dụng cụ th ể trong y – sinhhọc ra sao, chúng ta cùng tìm hiểu về một vài ứng dụng đang đ ược phát tri ển vànghiên cứu sôi nổi.A. Các ứng dụng tiêu biểu 1. Phân tách, chọn lọc tế bào Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại th ực th ể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các h ạt nanô từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng. Các hạt nano từ tính dùng trong y – sinh học th ường có dạng ch ất l ỏng t ừ,còn gọi là nước từ, gồm 3 phần: hạt nano từ tính, chất hoạt hóa bề mặt vàdung môi. Trong đó hạt nano từ tính là thành phần duy nhất quyết định tínhchất từ của chất lỏng từ. Các chất hoạt hóa bề mặt làm hạt nano phân tántrong dung môi, tránh kết tụ và có tác dụng che phủ hạt nano kh ỏi sự pháthiện của hệ thống bảo vệ cơ thể, tạo các liên kết hóa học với các phân tửkhác như nhóm chức amino, biotin, steptavidin, carbonxyl, thiol, silica hoặccác bề mặt có điện tích âm hoặc dương. Ưu điểm của hạt nano từ tính: + Kích thước : 1-100nm + Bề mặt: có khả năng tương thích với các thực thể sinh học + Tính chất vật lý: có thể thao tác bằng từ trường (điều khiển bằng từ trường ngoài) Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: * Đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu * Tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường. 1. Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nanô từ tính. Hạt nanôthường dùng là hạt ô-xít sắt. Các hạt này được bao phủ b ởi m ột lo ại hóachất (chất hoạt hóa) có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinylalcohol (PVA),... sẽ có tính chất tương tự các phân tử trong h ệ mi ễn d ịch, cóthể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung th ư, vi khu ẩn.Ngoài ra, các hóa chất này còn giúp cho các hạt nanô phân tán t ốt trong dungmôi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Đây là cách rất hiệu quả và chính xácđể đánh dấu tế bào. 2. Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài.Từ trường ngoài tạo một lực hút đối với các hạt từ tính có mang các tế bàođược đánh dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại vàthoát ra ngoài. Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi phương trình sau: F = 6πηR mΔυ Trong đó η là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R m làbán kính của hạt từ tính, Δυ là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước.Để từ trường bên ngoài có thể giữ được hạt nanô từ tính đang chảy trongnước thì phải có sự cân bằng giữa lực thủy động và lực do từ trường tạo ra. Tách tế bào bằng từ trường đã được ứng dụng thành công trong y – sinhhọc. Đây là một trong những phương pháp rất nhạy để có thể phân tách tếbào ung thư từ máu, đặc biệt là khi nồng độ tế bào ung th ư rất th ấp, khó cóthể tìm thấy bằng các phương pháp khác. Người ta có thể phát hiện kí sinhtrung sốt rét trong máu bằng cách đo từ tính của kí sinh trùng đánh dấu. Với nguyên tắt tương tự như phân tách tế bào, hạt nanô từ tính được dùngđể phân tách DNA. Tách ADN của siêu vi Herpes bằng hạt nano từ tính Hạt nano từ tính chức năng hóa amino còn được sử dụng để tách ADNcủa siêu vi Herpes gây bệnh ngoài da và bệnh đường sinh dục. Bằng cáchchức năng hóa amino hạt nano ô-xít sắt để gắn kết với một đoạn ADN dòđặc trưng cho siêu vi Herpes, ADN đích trong bệnh ph ẩm c ần xét nghi ệm s ẽgắn kết với hạt nano có ADN dò được phân tách bằng một nam châm. Nồngđộ của ADN sau phân tách tăng hàng trăm lần so với ban đầu. Kết hợp vớimột cảm biến điện hóa đơn giản, độ nhạy vừa phải, quy trình làm giàu ADNgiúp nồng độ ADN đạt đến mức mà cảm biến có th ể phát hi ện ra. Quy trìnhphân tách này và cảm biến có thể xác định nhanh siêu vi này ở vùng sâu, vùngxa, những nơi còn chưa có các thiết bị y tế chính xác. Đây là m ột ph ươngpháp có thể sử dụng để mở rộng để xác định sự có mặt của nhiều loại siêuvi khác như siêu vi cúm gia ...