Light gets the message out - Thông lưu nhờ ánh sáng

Protein đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ nano. Hiện người ta đã lợi dụng kênh protein trên màng để chế tạo thành công một van nano điều biến bởi ánh sáng. Các nghiên cứu tại Hà Lan đã phát minh một loại van phân tử mở và đóng của nhờ ánh sáng, có kích thước nano.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Light gets the message out - Thông lưu nhờ ánh sáng Light gets the message out- Thông lưu nhờ ánh sáng Protein đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ nano. Hiện người ta đã lợi dụng kênh protein trên màng để chế tạothành công một van nano điềubiến bởi ánh sáng.Các nghiên cứu tại Hà Lan đã phátminh một loại van phân tử mở vàđóng của nhờ ánh sáng, có kíchthước nano. Họ hy vọng sử dụng nótrong liệu pháp quang phân phốithuốc cũng như nhiều ứng dụngkhác.Van này có bản chất là một proteintự nhiên nằm trên màng lipid.Protein này khi mở tạo ra kênh dẫnnước và các chất hòa tan nên có thểsử dụng để để điều khiển việc vậnchuyển vật liệu giữa các ngăn tronghệ thống kênh dẫn nano của túilipid (lipid-vesicle-basednanofluidic system).Van nano là một ví dụ nữa trong sốcác thiết bị cỡ phân tử đã biết lợidụng sự biến đổi có hệ thống củaprotein trong tế bào. Trước đâyngười ta đã sử dụng protein vậnđộng (motor protein) để vậnchuyển ở quy mô nano, và proteindi động (motion protein), proteinbơm proton để điều khiển gradientpH, và protein tạo lỗ (pore-formingprotein) để làm cảm biến nano(nanosensor).Ben Feringa và cộng sự thuộc đạihọc Groningen tạo van nano từkênh protein của vi khuẩn gọi làMscL. Bình thường, kênh này mởra do áp suất. Nó là một khối gồm 5chuỗi peptide đồng nhất trùng hợpvới nhau tạo ra lỗ mở hình trụ gồmcác chuỗi xoắn (helix chain) trênmàng (xem hình).Lỗ MscL có cấu trúc hẹp, thẳng vớicác gốc kỵ nước trên chuỗi protein.Khi đóng, cấu trúc này khép chặtkênh, không cho nước và các chấthòa tan đi qua. Nhưng áp lực cơhọc trên lỗ- chẳng hạn gây ra dochất lỏng làm tế bào vi khuẩnphồng ra - mở chỗ khép lại để nướcvà các phân tử nhỏ đi qua.Feringa và cộng sự muốn dùng tínhiệu ánh sáng để mở lỗ này thay vìáp suất như thông thường. Điều đógiúp van dễ điều khiển hơn.Mấu chốt để mở MscL là thêm vàosự ion hóa, các nhóm ưa nước trongvùng cấu trúc hẹp. Điều này khôngchỉ giúp nước thấm vào phần nàycủa lỗ và đẩy nó mở ra mà lực đẩytĩnh điện giữa một số nhóm có thểđẩy vách lỗ tách ra.Vì vậy, các nhà nghiên cứu tìm ramột cách để bao phần vách lỗ bằngnguyên tử thay thế, nguyên tử nàytách nhau ra thành các nhóm ionkhi chiếu tia cực tím. Đầu tiên, họthay một axit amin trên cùng một vịtrí của cả 5 helix chuyển màngbằng một axit amin khác: thayglycine tại vị trí 22 dọc theo chuỗipeptide bằng cysteine.Sau đó họ phản ứng lỗ protein vớimột phân tử hữu cơ nhỏ có khảnăng tạo liên kết đặc hiệu vớicysteine. Qua đó có thể cắt cácnhóm thế ra khỏi phần vách lỗ bằngánh sáng. Tia UV bước sóng dàikhông gây nguy hại gì cho lỗ, cắtbỏ phần thay thế này và giải phóngcác nhóm carboxylate tích điện âm.Điều này làm mở bất thuận nghịchMscL bởi ánh sáng. Nhưng vannano thực sự cần có khả năng mởvà đóng thuận nghịch. Để làm điềunày, Feringa và cộng sự sử dụngcác nhóm thế nhạy sáng khác nhaugắn với cysteine: một trong số đó làspiropyran có dạng mạch vòng, nóbị cắt mở vòng tạo thành dạnglưỡng cực bởi tia UV. Khi chiếuánh sáng khả kiến, vòng này nốilại, làm spiropyran trở về trạng tháitrung hòa điện tích ban đầu.Bằng cách này, các nhà nghiên cứutạo ra những lỗ nano có khả năngmở ra sau hai phút chiếu UV vàđóng lại sau vài giây chiếu ánhsáng khả kiến. Họ cho thấy rằng cóthể sử dụng thiết bị này để điềukhiển việc giải phóng thuốc nhuộmphát huỳnh quang từ các hốc lipid:có thể dùng cách này để điều khiểncác phân tử thuốc lưu thông.