Ngô Đức Thế
Junior Member
Một số tin tức liên quan đến biophysics trích trên http://www.vatlyvietnam.org
Chấm lượng tử và que lượng tử giúp điều trị ung thư
[27/02/2007]
Những chấm lượng tử và những que lượng tử phát quang đang trở thành những công cụ quan trọng trong việc nhận diện các phân tử và tế bào trong những hệ vật chất sống. Trong hai báo cáo khoa học mới đây, các nhà nghiên cứu ung thư đã minh họa những khả năng ứng dụng các đối tượng có kích cỡ nano này vào việc điều trị bệnh (Theo các kết quả mớI công bố trên Cancer Research 67 (2007) 1138).
Hideo Higuchi và các cộng sự ở Đại học Tohoku, Nhật Bản đã sử dụng những chấm lượng tử được gắn với những nhân tố kháng thể và một kính hiển vi cảm quang độ nhạy cao. Một máy quay video để ghi lại những đoạn phim về các hạt nano này khi chúng di chuyển trong mạch máu tới các khối u của những con chuột thí nghiệm. Trong một công trình xuất bản trên tạp chí Cancer Research 67 (2007) 1138 (Nghiên cứu Ung thư), các nhà nghiên cứu đã nhận diện được sáu giai đoạn trong quá trình mà các chấm lượng tử được gắn với kháng thể HER2 di chuyển từ vùng tiêm đến vùng xung quanh nhân tế bào. Kháng thể HER2 gắn kết với một protein có trong bề mặt một số tế bào vú và các khối u khác (xem hình mô tả sơ đồ thí nghiệm).
Sử dụng những chấm lượng tử như vậy, các nhà nghiên cứu đã thu được những phép đo định lượng về sáu giai đoạn này. Họ đã nhấn mạnh rằng, việc hiểu rõ về các giai đoạn này sẽ đem lại cho chúng ta khả năng sử dụng các hạt nano để vận chuyển các chất thuốc tiêm thích hợp đến chính xác vị trí của các khối u ung thư.
Trong một nghiên cứu khác, Paras Prasad và các cộng sự ở Đại học Bang New York đã chỉ ra rằng, họ có thể tạo ra những chiếc que lượng tử hoà tan được trong nước và chúng có thể được sử dụng như những đầu dò để định vị các tế bào ung thư. Các que lượng tử cũng có thể được làm cho phát quang nhiều màu sắc, giống như các chấm lượng tử hình cầu. Nhưng do kích thước lớn hơn các chấm lượng tử nên chúng dễ được kích thích bằng ánh sáng tới hơn. Nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Nano Letters. Nhóm của Prasad cũng đã lần đầu tiên phát triển một phương pháp mới để chế tạo các que lượng tử thích hợp với chức năng đầu dò. Trong báo cáo thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã gắn được một loại protein gọi là transferrin (protein này có liên quan đến nhiều loại tế bào ung thư) lên các que lượng tử.
Các thí nghiệm đã cho thấy rằng, các que lượng tử này chỉ được thu nhận bởi các tế bào bị bệnh, và chúng tích tụ trong các tế bào này. Các que lượng tử trong tế bào sẽ được hiển thị bằng việc sử dụng ánh sáng gần vùng hồng ngoại cường độ thấp. Và như vậy, ở đâu có sự phát sáng của những que lượng tử, ở đó sẽ là vị trí của các tế bào ung thư.
Donquichote (Theo National Cancer Institute) - http://www.vatlyvietnam.org/home/modules.php?name=News&file=article&sid=184
Kích thích các xung thần kinh bằng các hạt nano
Các nhà nghiên cứu Mỹ đã chế tạo thành công linh kiện nano sinh học lai hóa đầu tiên cho phép kết nối điện giữa các tế bào thần kinh và các màng màng hạt nano pin quang điện. Phát minh này đã dọn đường cho việc ứng dụng các tính chất thống nhất của các hạt nano vào hàng loạt các linh kiện thăm dò các tín hiệu xung thần kinh bằng kích thích ánh sáng, bao gồm cả khả năng tạo ra võng mạc nhân tạo trên cơ sở các hạt nano (Kết quả mới công bố trên Nanoletters 7 (2007) 513)
Hiện nay, các hạt nano đã bắt đầu được sử dụng trong hàng loạt lĩnh vực y sinh như chụp ảnh, sensor, thăm dò, phân tích AND và điều trị ung thư. Gần đây, các nhà khoa học bắt đầu chú ý đến khả năng ghép nối các vật liệu nano (ví dụ như ống nano, dây nano) với các neuron thần kinh. Và mới đây, Nicholas Kotov (Đại học Michigan) cùng các đồng nghiệp Đại học Y khoa Texas, Galveston (UTMB) đã lần đầu ghép nối thành công màng mỏng các hạt nano quang điện với một tế bào thần kinh.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra kết quả này bằng cách phát triển một quy trình xây dựng một hệ màng siêu mỏng sandwich trên mặt một đế thủy tinh. Lớp đầu tiên là lớp các hạt nano bán dẫn Hg-Te (Thủy ngân - Telua) và lớp thứ hai là lớp tích điện dương polymer gọi là PDDA (Poly DiallylDimethylAmmonium). Lớp thứ ba là một lớp đất sét và phủ một lớp có tính tương thích sinh học (acid amino) với cấu trúc và cuối cùng là một lớp neuron thần kinh được cấy ghép lên đỉnh.
Khi ánh sáng chiếu vào lớp màng Hg-Te, chúng làm bật ra các điện tử và di chuyển lên lớp PPDA. Khi dòng điện chạy đến lớp màng neuron ở trên đỉnh, chúng khử sự phân cực tế bào tới một điểm mà ở đó nó bị "đốt" và tạo ra các xung thần kinh đến tế bào thần kinh.
Các nhà nghiên cứu trước đó đã cho ánh sáng truyền qua các tế bào thần kinh sử dụng Silicon nhưng các vật liệu nano kỹ thuật lại cho khả năng hoạt tính mạnh hơn và tạo ra sự kém ổn định, "Chúng ta hoàn toàn có thể điều chỉnh các đặc trưng điện của màng hạt nano để tạo ra các thuộc tính như là nhạy màu sắc, và các kích thích khác nhau, là những tính chất mà bạn mong muốn nếu bạn muốn tạo ra các võng mạc nhân tạo, một trong những mục tiêu lớn nhất của đề tài này" - Todd Pappas, tác giả chính của công trình công bố trên Nano Letters phát biểu - "Bạn không thể làm được thế với Silicon. Ngoài ra, Silicon là một vật liệu khối - các linh kiện Si ít có tính tương thích kích thước với các tế bào".
Các nhà nghiên cứu nói rằng mặc dù một võng mạc nhân tạo không nuôi cấy được thực tế vẫn còn là một cái gì đó ngoài những kết quả nghiên cứu, nhưng kết quả nghiên cứucó thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác ít phức tạp hơn. Tức là bao gồm các cách để kết nối với chân tay nhân tạo và các bộ phận giả, và các công cụ mới cho chụp ảnh và chẩn đoán. "Điều tuyệt vời trong thành tựu này là các vật liệu này có thể được kích hoạt từ xa mà không cần dùng một sợi dây kết nối nào. Tất cả những gì bạn cần phải làm là làm sao đưa ánh sáng đến vật liệu" - Massould Motamedi, giám đốc của Trung tâm Kỹ thuật Y sinh (UTMB), đồng tác giả của công trình cho biết - "Tôi cảm thấy là càng ngày các công cụ nano sẽ càng đưa đến cho các lĩnh vực y tế và sinh học nhiều ứng dụng mới, mà thậm chí khó mà tưởng tượng được".
Vạn lý Độc hành (Theo NanotechWeb.org) http://www.vatlyvietnam.org/home/modules.php?name=News&file=article&sid=191
Phát hiện các kháng nguyên ung thư bằng các hốc nano
Theo nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học Mỹ, các hốc có kích thước nanomet trên các màng siêu mỏng vàng chế tạo trên đế thủy tinh có thể sử dụng trong các cảm biến sinh hóa. Kỹ thuật mới này không đòi hỏi việc đánh dấu các phân tử sinh học như các phương pháp thăm dò hiện tại, được thực hiện bằng cách đo sự thay đổi của đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt (surface plasmon resonance - SPR) trong phổ ánh sáng hồng ngoại truyền qua các hốc. Nó có thể dùng để cảm nhận có lựa chọn các kháng nguyên gây ung thư chỉ với lượng nhỏ tới picogam (10-12 g) khi mà bề mặt vàng và thủy tinh bị thay đổi bởi các phân tử sinh học (Các kết quả này vừa được công bố trên Applied Physics Letters 90 073901, 2007).
Xu thế sử dụng các hạt nano của các kim loại quý đang tăng lên trong các sensor quang nano. Các hạt nano này có tính tán xạ quang học cao và khả năng hấp thụ các bước sóng vùng khả kiến và hồng ngoại gần do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt địa phương (localized SPR). Thực chất cộng hưởng plasmon bề mặt là một hiệu ứng cổ điển mà ở đótrường điện từ của ánh sáng đã lái các dao động tập thể của điện tử tự do trong các hạt nano đến cộng hưởng. Hiệu ứng này có thể xảy ra khi một sóng ánh sáng phân cực phẳng chiếu vào một màng kim loại dưới điều kiện phản xạ toàn phần.
Các nhà nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các hốc có kích thước nano trong các màng mỏng (mỏng ỏ thuộc tính quang học) vàng có xuất hiện hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt địa phương (LSPR). Khi các hốc này được phân bố một cách ngẫu nhiên, hiệu ứng LSPR của các hốc tạo nên một peak (đỉnh) cộng hưởng trong phổ hấp thụ. Và vị trí của đỉnh này có thể thay đổi phụ thuộc vào môi trươngnf xung quanh các hốc - một hiệu ứng có thể được khai thác để thiết kế các sensor dựa trên hiệu ứng SPR có thể sử dụng để phát hiện các phân tử khác nhau xung quanh hốc. Jerome Schultz và các đồng nghiệp ở Đại học California, Riverside (Hoa Kỳ) đã chế tạo thành công loại sensor đó. Để tạo ra các hốc nano trên đế thủy tinh, ban đầu nhóm đã tạo ra các hạt nano hình cầu polystyrene phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt thủy tinh. Tiếp đến, dùng vàng đề phủ các hạt cầu này, và cuối cùng loại bỏ các nhân cầu polystyrene. Các hốc này có đường kính khoảng 60 nm trên bề mặt của màng mỏng vàng dày 20 nm (xem hình 1).
Hình 1. Ảnh hiển vi điện tử các hốc.
Schultz và các cộng sự đã đo phổ hấp thụ của linh kiện này và phát hiện ra rằng nó có một đỉnh cộng hưởng tại bước sóng 600 nm. Để chứng tỏ tấm này có thể sử dụng như một sensor sinh học không cần đánh dấu tế bào, các nhà nghiên cứu đã gắn các kháng thể của kháng nguyên 19-9 (CA 19-9) trên bề mặt ở dạng các dung dịch chứa CA 19-9 trên bề mặt của linh kiện, sau đó đo phổ hấp thụ một lần nữa. Và kết quả là đỉnh cộng hưởng bịi dịch đi về phía sóng dài 10 nm (dịch chuyển đỏ). Các nhà nghiên cứucũng xác định một lượng nhỏ kháng nguyên chỉ 1 pg cũng có thể được phát hiện ra. Họ cũng khẳng định rằng linh kiện có thể chế tạo để phát hiện có lựa chọn các kháng nguyên gây ung thư khác nhau bằng cách chức năng hóa bề mặt thủy tinh với các kháng thể trước.
Hình 2. Kháng nguyên CA125.
"Công nghệ này cho phép chúng ta phát hiện và lượng hóa các chế phẩm sinh học mà không cần đánh dấu các tế bào hay phân tử sinh học" - Schultz giải thích - "Nhiều kỹ thuật khác đòi hỏi đánh dấu bằng huỳnh quang, hay enzymer hoặc sinh phẩm thứ cấp khác... nhưng kỹ thuật của chúng tôi chỉ cần với một phân tử ghi nhận sinh học, chẳng hạn như một kháng thể, có thể có các ái lực hóa học đặc trưng với các chế phẩm sinh học".
Nhóm đang tiến hành cácnghiên cứu để lắng đọng nhiều loại phân tử ghi nhận sinh học lên một đế. Các kết quả này vừa được công bố trên tạp chí danh tiếng Applied Physics Letters.
Vạn lý Độc hành (Theo NanotechWeb.org) - http://www.vatlyvietnam.org/home/modules.php?name=News&file=article&sid=176
Nếu có thể, mời diễn đàn sinh học trích đăng các tin về biophysics thỉnh thoảng được cập nhật trên trang chủ của Vật lý Việt Nam forum http://www.vatlyvietnam.org
Chấm lượng tử và que lượng tử giúp điều trị ung thư
[27/02/2007]
Hideo Higuchi và các cộng sự ở Đại học Tohoku, Nhật Bản đã sử dụng những chấm lượng tử được gắn với những nhân tố kháng thể và một kính hiển vi cảm quang độ nhạy cao. Một máy quay video để ghi lại những đoạn phim về các hạt nano này khi chúng di chuyển trong mạch máu tới các khối u của những con chuột thí nghiệm. Trong một công trình xuất bản trên tạp chí Cancer Research 67 (2007) 1138 (Nghiên cứu Ung thư), các nhà nghiên cứu đã nhận diện được sáu giai đoạn trong quá trình mà các chấm lượng tử được gắn với kháng thể HER2 di chuyển từ vùng tiêm đến vùng xung quanh nhân tế bào. Kháng thể HER2 gắn kết với một protein có trong bề mặt một số tế bào vú và các khối u khác (xem hình mô tả sơ đồ thí nghiệm).
Sử dụng những chấm lượng tử như vậy, các nhà nghiên cứu đã thu được những phép đo định lượng về sáu giai đoạn này. Họ đã nhấn mạnh rằng, việc hiểu rõ về các giai đoạn này sẽ đem lại cho chúng ta khả năng sử dụng các hạt nano để vận chuyển các chất thuốc tiêm thích hợp đến chính xác vị trí của các khối u ung thư.
Trong một nghiên cứu khác, Paras Prasad và các cộng sự ở Đại học Bang New York đã chỉ ra rằng, họ có thể tạo ra những chiếc que lượng tử hoà tan được trong nước và chúng có thể được sử dụng như những đầu dò để định vị các tế bào ung thư. Các que lượng tử cũng có thể được làm cho phát quang nhiều màu sắc, giống như các chấm lượng tử hình cầu. Nhưng do kích thước lớn hơn các chấm lượng tử nên chúng dễ được kích thích bằng ánh sáng tới hơn. Nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Nano Letters. Nhóm của Prasad cũng đã lần đầu tiên phát triển một phương pháp mới để chế tạo các que lượng tử thích hợp với chức năng đầu dò. Trong báo cáo thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã gắn được một loại protein gọi là transferrin (protein này có liên quan đến nhiều loại tế bào ung thư) lên các que lượng tử.
Các thí nghiệm đã cho thấy rằng, các que lượng tử này chỉ được thu nhận bởi các tế bào bị bệnh, và chúng tích tụ trong các tế bào này. Các que lượng tử trong tế bào sẽ được hiển thị bằng việc sử dụng ánh sáng gần vùng hồng ngoại cường độ thấp. Và như vậy, ở đâu có sự phát sáng của những que lượng tử, ở đó sẽ là vị trí của các tế bào ung thư.
Donquichote (Theo National Cancer Institute) - http://www.vatlyvietnam.org/home/modules.php?name=News&file=article&sid=184
Kích thích các xung thần kinh bằng các hạt nano
Hiện nay, các hạt nano đã bắt đầu được sử dụng trong hàng loạt lĩnh vực y sinh như chụp ảnh, sensor, thăm dò, phân tích AND và điều trị ung thư. Gần đây, các nhà khoa học bắt đầu chú ý đến khả năng ghép nối các vật liệu nano (ví dụ như ống nano, dây nano) với các neuron thần kinh. Và mới đây, Nicholas Kotov (Đại học Michigan) cùng các đồng nghiệp Đại học Y khoa Texas, Galveston (UTMB) đã lần đầu ghép nối thành công màng mỏng các hạt nano quang điện với một tế bào thần kinh.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra kết quả này bằng cách phát triển một quy trình xây dựng một hệ màng siêu mỏng sandwich trên mặt một đế thủy tinh. Lớp đầu tiên là lớp các hạt nano bán dẫn Hg-Te (Thủy ngân - Telua) và lớp thứ hai là lớp tích điện dương polymer gọi là PDDA (Poly DiallylDimethylAmmonium). Lớp thứ ba là một lớp đất sét và phủ một lớp có tính tương thích sinh học (acid amino) với cấu trúc và cuối cùng là một lớp neuron thần kinh được cấy ghép lên đỉnh.
Khi ánh sáng chiếu vào lớp màng Hg-Te, chúng làm bật ra các điện tử và di chuyển lên lớp PPDA. Khi dòng điện chạy đến lớp màng neuron ở trên đỉnh, chúng khử sự phân cực tế bào tới một điểm mà ở đó nó bị "đốt" và tạo ra các xung thần kinh đến tế bào thần kinh.
Các nhà nghiên cứu trước đó đã cho ánh sáng truyền qua các tế bào thần kinh sử dụng Silicon nhưng các vật liệu nano kỹ thuật lại cho khả năng hoạt tính mạnh hơn và tạo ra sự kém ổn định, "Chúng ta hoàn toàn có thể điều chỉnh các đặc trưng điện của màng hạt nano để tạo ra các thuộc tính như là nhạy màu sắc, và các kích thích khác nhau, là những tính chất mà bạn mong muốn nếu bạn muốn tạo ra các võng mạc nhân tạo, một trong những mục tiêu lớn nhất của đề tài này" - Todd Pappas, tác giả chính của công trình công bố trên Nano Letters phát biểu - "Bạn không thể làm được thế với Silicon. Ngoài ra, Silicon là một vật liệu khối - các linh kiện Si ít có tính tương thích kích thước với các tế bào".
Các nhà nghiên cứu nói rằng mặc dù một võng mạc nhân tạo không nuôi cấy được thực tế vẫn còn là một cái gì đó ngoài những kết quả nghiên cứu, nhưng kết quả nghiên cứucó thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác ít phức tạp hơn. Tức là bao gồm các cách để kết nối với chân tay nhân tạo và các bộ phận giả, và các công cụ mới cho chụp ảnh và chẩn đoán. "Điều tuyệt vời trong thành tựu này là các vật liệu này có thể được kích hoạt từ xa mà không cần dùng một sợi dây kết nối nào. Tất cả những gì bạn cần phải làm là làm sao đưa ánh sáng đến vật liệu" - Massould Motamedi, giám đốc của Trung tâm Kỹ thuật Y sinh (UTMB), đồng tác giả của công trình cho biết - "Tôi cảm thấy là càng ngày các công cụ nano sẽ càng đưa đến cho các lĩnh vực y tế và sinh học nhiều ứng dụng mới, mà thậm chí khó mà tưởng tượng được".
Vạn lý Độc hành (Theo NanotechWeb.org) http://www.vatlyvietnam.org/home/modules.php?name=News&file=article&sid=191
Phát hiện các kháng nguyên ung thư bằng các hốc nano
Xu thế sử dụng các hạt nano của các kim loại quý đang tăng lên trong các sensor quang nano. Các hạt nano này có tính tán xạ quang học cao và khả năng hấp thụ các bước sóng vùng khả kiến và hồng ngoại gần do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt địa phương (localized SPR). Thực chất cộng hưởng plasmon bề mặt là một hiệu ứng cổ điển mà ở đótrường điện từ của ánh sáng đã lái các dao động tập thể của điện tử tự do trong các hạt nano đến cộng hưởng. Hiệu ứng này có thể xảy ra khi một sóng ánh sáng phân cực phẳng chiếu vào một màng kim loại dưới điều kiện phản xạ toàn phần.
Các nhà nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các hốc có kích thước nano trong các màng mỏng (mỏng ỏ thuộc tính quang học) vàng có xuất hiện hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt địa phương (LSPR). Khi các hốc này được phân bố một cách ngẫu nhiên, hiệu ứng LSPR của các hốc tạo nên một peak (đỉnh) cộng hưởng trong phổ hấp thụ. Và vị trí của đỉnh này có thể thay đổi phụ thuộc vào môi trươngnf xung quanh các hốc - một hiệu ứng có thể được khai thác để thiết kế các sensor dựa trên hiệu ứng SPR có thể sử dụng để phát hiện các phân tử khác nhau xung quanh hốc. Jerome Schultz và các đồng nghiệp ở Đại học California, Riverside (Hoa Kỳ) đã chế tạo thành công loại sensor đó. Để tạo ra các hốc nano trên đế thủy tinh, ban đầu nhóm đã tạo ra các hạt nano hình cầu polystyrene phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt thủy tinh. Tiếp đến, dùng vàng đề phủ các hạt cầu này, và cuối cùng loại bỏ các nhân cầu polystyrene. Các hốc này có đường kính khoảng 60 nm trên bề mặt của màng mỏng vàng dày 20 nm (xem hình 1).
Hình 1. Ảnh hiển vi điện tử các hốc.
Schultz và các cộng sự đã đo phổ hấp thụ của linh kiện này và phát hiện ra rằng nó có một đỉnh cộng hưởng tại bước sóng 600 nm. Để chứng tỏ tấm này có thể sử dụng như một sensor sinh học không cần đánh dấu tế bào, các nhà nghiên cứu đã gắn các kháng thể của kháng nguyên 19-9 (CA 19-9) trên bề mặt ở dạng các dung dịch chứa CA 19-9 trên bề mặt của linh kiện, sau đó đo phổ hấp thụ một lần nữa. Và kết quả là đỉnh cộng hưởng bịi dịch đi về phía sóng dài 10 nm (dịch chuyển đỏ). Các nhà nghiên cứucũng xác định một lượng nhỏ kháng nguyên chỉ 1 pg cũng có thể được phát hiện ra. Họ cũng khẳng định rằng linh kiện có thể chế tạo để phát hiện có lựa chọn các kháng nguyên gây ung thư khác nhau bằng cách chức năng hóa bề mặt thủy tinh với các kháng thể trước.
Hình 2. Kháng nguyên CA125.
"Công nghệ này cho phép chúng ta phát hiện và lượng hóa các chế phẩm sinh học mà không cần đánh dấu các tế bào hay phân tử sinh học" - Schultz giải thích - "Nhiều kỹ thuật khác đòi hỏi đánh dấu bằng huỳnh quang, hay enzymer hoặc sinh phẩm thứ cấp khác... nhưng kỹ thuật của chúng tôi chỉ cần với một phân tử ghi nhận sinh học, chẳng hạn như một kháng thể, có thể có các ái lực hóa học đặc trưng với các chế phẩm sinh học".
Nhóm đang tiến hành cácnghiên cứu để lắng đọng nhiều loại phân tử ghi nhận sinh học lên một đế. Các kết quả này vừa được công bố trên tạp chí danh tiếng Applied Physics Letters.
Vạn lý Độc hành (Theo NanotechWeb.org) - http://www.vatlyvietnam.org/home/modules.php?name=News&file=article&sid=176
Nếu có thể, mời diễn đàn sinh học trích đăng các tin về biophysics thỉnh thoảng được cập nhật trên trang chủ của Vật lý Việt Nam forum http://www.vatlyvietnam.org
