Những đột phá trong tổng hợp gần đây đã giúp tạo ra các hạt nano silica xốp với hình đạng, kích thước và cấu trúc có thê thay đổi được, các hạt này không chỉ giữ lại các ưu điểm của câu
Bo 0 zens NN] ® \ / L O —Sơ đồ minh họa phát hiệntế bào Ramos trên ANSB Tế bào Ramos được bắt trên vùng thử nghiệm thông qua tương tác aptamer-tể bảo cụ thể, trong khi các AuNP liên hợp với aptamer dư thừa được bắt trên vùng kiểm soát thông qua lai aptamer-DNA
Capture the Romas cell Capture the excess of {B) Hình ảnh ảnh điển hình aptamer-AuNP conjugates (trên cùng) và phản hồi tương
Streptavidin + TE02 aptamer + Biotin ứng (dưới) của ANSB với các mẫu chứa số lượng khác nhau
% của tế bào Ramos (tế bào
AuNP-TDOS aptamer # Streptavidin-biotin-DNA đích) và tê bào CLL (tê bào kiểm soát) Từ trái qua phải:
0 6 Ramos; 8 x 1046 CCL; 8 x 104 6 Ramos; 8 x 1046 CLL va 8 x 104 6 Ramos C
= Vùng kiểm soát; T = Vùng thử nghiệm Tín hiệu lớn trong vùng điều khiến là do AuNP liên hợp aptamer cir
Một phương pháp luận “mũi hóa học” mới sử dụng các liên hợp không cộng hóa trỊ của AuNP và fluorophore đã được giới thiệu bởi Rotello và các đồng nghiệp để cung cấp khả năng cảm nhận các mục tiêu phân tử sinh học có độ nhạy cao Liên hợp AuNP-fluorophore cung cấp một phương pháp phát hiện sinh học thay thế đề “khóa và khóa” các phương pháp tiếp cận dựa trên nhận dạng cụ thể, sử dụng một loạt các thụ thé chon loc dé tao ra một mẫu có thé nhận ra chất phân tích Hệ thống cảm biến ban đầu bao gồm các AuNP có chức năng amoni bậc bốn với PPE (poly ( para - phenyleneethynylen)) trong đó PPE hoạt động như một phần tử truyền huỳnh quang có thê được dập tắt bởi AuNPs cation Sự liên kết cạnh tranh của chất phân tích có thé phá vỡ PPE khỏi phức hợp, dẫn đến huỳnh quang thu hồi từ PPE và cũng tạo ra một tín hiệu có thê đọc được Phương pháp này có thê phân biệt L2 loài / chủng vi khuân khác nhau với độ chính xác 95%, ''®' Hơn nữa, chiến lược này được sử dụng đề phân biệt các tế bảo bình thường, ung thư và di căn trong một xét nghiệm nhanh chóng và chính xác Ngoài ra, GFP (protein huỳnh quang màu xanh lá cây) đã thay thế đầu đò polyme đề cung cấp độ nhạy cao hơn (5000 tế bào so với 20.000 trước đó) trong cảm biến tế bào ung thư của động vật có vú
Factor (2), 3.3% electrostatic polymer/particie conjugates
{A) Cấu trúc phân tử của các AuNP dạng cation và polyme huỳnh quang (PPECO ; )
{B) Sự dịch chuyên PPECO ; đã được dập tắt bởi tế bào với sự phục hồi đồng thời của huỳnh quang
(C) Sự thay đối huỳnh quang đối với 4 dòng tế bảo ung thư khác nhau bằng cách sử dụng cong hop AuNP-PPECO 3
(D) Biéu 46 diém chuan cho hai yéu t6 cia mau phan tg huynh quang đơn giản thu được với các mảng liên hợp AuNP-PPECO › chống lại các loại tế bào động vật có vú khác nhau Điểm chuẩn được tính bằng LDA (phân tích phân biệt tuyên tính) Đề xác định 4 dòng tế bao
Gần đây, chiến lược cảm biến dựa trên mảng đã được kết hợp với cách tiếp cận EAAS (cảm biến mảng khuếch đại enzym), tăng độ nhạy thông qua xúc tác enzym Hệ thống hoạt động theo cơ chế liên kết cạnh tranh giữa protein phân tích và AuNP, giải phóng B-Gal (b-galactosidase) và khôi phục hoạt động của nó Sau đó, chất nền bị phân cắt, tạo ra tín hiệu huỳnh quang khuếch đại enzym ứng với sự kiện liên kết, giúp xác định protein trong nước tiêu người khử muối Tương tự, hệ thống liên hợp enzyme-hạt nano so màu cũng đã được phát triển, sử dụng CPRG (chlorophenol red j-D-galactopyranoside) - một chất nền tạo màu - để phát hiện vi khuẩn Cảm biến vi khuẩn này đạt được ngưỡng phát hiện là 1 x 107 CFU/mL trong dung dịch và 1 x 104 CFU/mL khi sử dụng dưới dạng que thử thân thiện với môi trường.
Việc vận chuyền các tác nhân điều trị đến tế bào bằng AuNPs là một quá trình quan trọng trong điều trị y sinh Một số nhóm nghiên cứu đã sử dụng các AuNP đã được chức năng hóa đê điêu tra các tương tác với màng tê bào nhăm cải thiện hiệu quả phân phôi
Ví dụ: Stellacci et aL đã chứng minh rằng sự sắp xếp phối tử bề mặt trên AuNPs có thê điều chỉnh sự xâm nhập của mảng tế bào AuNP được chức năng hóa với sự sắp xếp có trật tự của các phân tử amphiphilic có thể xuyên qua màng tế bào trong khi các AuNP được bao phủ bởi sự sắp xếp ngẫu nhiên của các phân tử giống nhau này bị mắc kẹt trong các thể mụn nước
Liệu pháp điều trị AuNP có thê được đưa vảo tế bào thông qua cơ chế nhắm mục tiêu thụ động hoặc chủ động Nhắm mục tiêu thụ động dựa trên tác dụng tăng cường tính thâm và lưu giữ (EPR) nơi các AuNP sẽ tích tụ trong khối u thông qua hệ thông mạch không đều của nó, cho phép các phân tử lớn hơn đi qua nội mô Nhắm mục tiêu chủ động dựa trên phối tử chức năng bề mặt được thiết kế rõ ràng cho chất phân tích mục tiêu đề cung cap tính đặc hiệu và tính chọn lọc Các chiến lược nhắm mục tiêu và phân phối hiệu quả bằng cách sử dụng AuNPs đã được phát triển cho các ứng dụng điều trị bao gồm liệu pháp quang nhiệt, điều hòa di truyền và điều tri bang thuốc
Trong một lĩnh vực, các AuNP đã được khai thác như một giá đỡ hấp dẫn đê tạo ra các tác nhân chuyền nạp trong liệu pháp gen đề chữa bệnh ung thư và các rồi loạn đi truyền Mirkin và cộng sự đã báo cáo việc sử dụng phức hợp AuNP-olisonucleotide làm tác nhân điều hòa gen nội bào để kiêm soát sự biêu hiện protein trong tế bào Liên hợp RNA-AuNP được sử dụng đề đánh bại sự biểu hiện luciferase cho thấy các cộng hợp có chu kỳ bán rã dài hơn sau lan so voi dsRNA ty do va thê hiện khả năng loại bỏ gen cao trong các mô hình tế bào Rotello và cộng sự cũng đã chứng minh rằng các AuNP cation, có các chuỗi bên dựa trên axit amin cation, có the được sử đụng để chuyền nạp DNA AuNPs phủ mô- típ dựa trên lysine cung cấp các vectơ chuyền nạp không độc hại hiệu quả đề phân phối DNA, hiệu quả gấp 28 lần so với polylysine
(A) @ ỉ dat \ va, Qu oe vế SEE y ™_ằ —> ^XWW, ——*> R (A) Điều chờ liờn hợp ARN-
^/OEGThiol - “~VV\ Antisense RNA (B) Knockdown cia biéu hién ww eon say luciferase trong 4 ngay
23 °° se 08 a (C) Tính ôn định của liên hợp
„§ 90 | 58 0.6 Pe _ RNA-AuNP, cho thây sự so
ES 4o R | 5 5 04g Q.22 sánh về độ ôn định của liên se {S02 | 4,“ ô dsRNA hợp dsRNA (màu đỏ) và
00 | # ~ RNA-Au NPs RNA-AuNP (màu xanh lam)
Việc đưa thuốc vào AuNP có thể thực hiện thông qua tương tác không cộng hóa trị hoặc cộng hóa trị Khả năng đó đã được chứng minh thông qua việc sử dụng các túi ưa nước được tạo bởi lớp đơn Một ví dụ gần đây, nhóm nghiên cứu do Burda dẫn đầu đã sử dụng AuNP được phủ polyethylene glycol (PEG) để cung cấp môi trường lưỡng tính nhằm giữ lại silicon phthalocyanin 4 (Pc 4) kỵ nước, một loại thuốc trị liệu quang động (PDT).
(A) PEG đã chức năng hóa AuNPs khi nạp thuốc điều trị ung thư PDT (B) Câu trúc hóa học của thuộc PDT Pe 4 (C) Hinh ảnh huỳnh quang của liên hợp AuNP-Pc 4 được tiêm vào chuột tại các thời điểm khác nhau trong vòng 24 giờ Các mũi tên chỉ vị trí khôi u
Thuốc liên hợp cộng hóa trị với AuNPs có thê được giải phóng bằng cách chuyên vị cua glutathione (GSH) hoac théng qua cac chất liên kết có thê phân tách được Rotello và cộng sự đã chứng minh sự giải phóng qua trung gian GSH bằng cách sử dụng AuNPs đặc trưng một lớp hỗn hợp bao gồm các phối tử cation và phối tử fluorogenic Bề mặt cation của các hạt nano tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của chúng qua màng tế bào và quá trình giải phóng trọng tải được kích hoạt bởi GSH nội bào Kotov và cộng sự đã áp đụng chiến lược phóng thích qua trung gian GSH bằng cách sử dụng 6-mercaptopurine-9-bD-ribofuranoside đã được chức năng hóa AuNPs đề tăng cường tác dụng chống tăng sinh tế bào bạch cầu K-562 so với thuốc tự do Gần đây, Forbes và Rotello đã áp dụng phương pháp tiếp cận qua trung gian GSH đề điều tra sự đi chuyên của các AuNP mang phan tt fluorescein hodc doxorubicin trong một mô hình khối u Kết quả chỉ ra rằng AuNPs cation có thê hiệu quả hơn trong việc cung câp trọng tải cho phân lớn các tê bào khôi u trong khi AuNPs amion có thê đưa thuốc vào sâu trong các m6 Ngoai ra, Rotello et al da su dung chiến lược giải phóng bên ngoài được kiêm soát ánh sáng đề đưa thuốc chống ung thu 5-fluorouracil vào tế bảo băng cách sử dụng AuNPs có đặc trưng lả một lớp hỗn hợp của các phối tử zwitterionic và quang hợp trên bề mặt Các chiến lược khác để cung cấp các thuốc được gắn cộng hóa trị bằng cách sử dụng AuNPs bao gồm giảm liên kết disulfide va giải phóng qua trung p1an pH
Sử dụng AuNPs như một biện pháp trị liệu theo đúng nghĩa của chúng là một cách tiếp cận tiềm năng khác đề điều trị y tế Ví dụ, Feldheim et al đã tông hợp một hỗn hợp AuNPs phủ một lớp thiol dé ức chế sự phát triển cua vi khuan Muhkherjee va cộng sự đã sử dụng AuNPs tran dé nghiên cứu điều trị bệnh đa u tủy, một chứng roi loan té bao huyết tương AuNP đã được chứng minh là có khả năng ức chế sự tăng sinh của nhiều tế bào u tủy thông qua quá trình bắt giữ chu kỳ tế bào ở pha GI thông qua cơ chế điều hòa các protein chu kỳ tế bào p21 và p27 Gần đây, Rotello etal đã trình điễn một hệ thống chu-khach dé lam trung gian cho việc kích hoạt một AuNP được chấm dứt bằng điaminohexane (AuNP-NH ;) và điều chỉnh độc tính tế bào của nó Kết quả cho thay răng việc xâu chuỗi hat bau bí uril (CB [7]) lên bề mặt hạt làm giảm độc tính cao của AuNP-NH ; thông qua sự cô lập của hạt trong ông nội soi Khi được điều trị bằng I-ađamantylamine (ADA), CB [7] bị địch chuyền khỏi bề mặt hạt nano, giải phóng hạt độc hại khỏi endosome và tiêu diệt tế bào ung thư
(A) TT V/V / — VN — — ~ Ss e YT xxx ° NH,
AuNP-NH2 i AuNP và chức năng hóa bề
| os = mặt, và việc sử dụng phức ý, hợp vật chủ - khách nội bào để kích hoạt độc tế bảo của hạt nano.
Kích hoạt AuNP - NH› -CB [7] gay độc tê bao bang cách khử phân đoạn CB [7] khỏi bề mặt hạt nano bởi ADA ® Hinh ảnh
Tính chất quang học và điện tử linh hoạt của AuNPs được ứng dụng trong chụp ảnh tế bào thông qua nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm phương pháp chụp cắt lớp vi tính (CT), kỹ thuật tán xạ ánh sáng trường tối, chụp cắt lớp kết hợp quang học (OCT), kỹ thuật chụp ảnh dị vật quang nhiệt và quang phổ Raman.
Ví dụ: AuNPs đóng vai trò như một chất cản quang cho hình ảnh CT dựa trên số nguyờn tử và mật độ điện tử cao hơn của vàng (79 và 19,32 ứ / em ) so với iốt hiện đang, được sử dụng 6 3 va 4,9 g/cm®* ) Hainfeld và cộng sự đã chứng minh tính khả thi của AuNPs dé nang cao tinh năng in vivo cản quang mạch máu trong chụp CT, và Kopelman et al được thiết kế thêm các AuNP nhắm mục tiêu miễn dịch đề nhắm mục tiêu có chọn lọc các kháng nguyên đặc hiệu của khối u Gần đây, lon và cộng sự đã sứ dụng kháng nguyên mảng đặc hiệu của tuyến tiền liệt (PSMA) AuNPs liên hop voi aptamer (PSMA-AuNPs) đề thiết lập hình ảnh CT phân tử cho hình ảnh cụ thế của tế bào ung thư tuyến tiền liệt Kết quả này cho thấy PSMA-AuNPs có cường độ CT đối với tế bào LNCaP được nhắm mục tiêu lớn gấp 4 lần so với cường độ của tế bào PC3 không được nhắm mục tiêu Các AuNP liên hợp với aptamer cua PSMA duoc nap voi thuốc chéng ung thu doxorubicin cé tac dung chống lại các tế bào LNCaP được nhắm mục tiêu mạnh hơn đáng kế so với các tế bào PC3 không được nhắm mục tiêu
Targeting Ligand a and Drug Loading ` Dosorubicin (A) So do phuong phap diéu ché AuNP liên hợp VỚI
CT Contrast Agent aptamer nạp x © BEEEE Ef
(B) Hình ảnh CT và (b) giá trị HU của các tế bào PBS, LNCaP, PC3 và các tế bào LNCaP và PC3 được xử ly băng AuNP liên hợp aptamer PSMA (5 nM) hoặc AuNP liên hop aptamer (5 nM) trong 6 giờ f) Kết luận và triển vọng của Gold nanoparticles
AuNP có nhiều thuộc tính làm cho chúng trở thành công cụ mạnh mẽ đề sử dụng trong công nghệ sinh học Một loạt các chức năng bề mặt và liên hợp sinh học cùng với các đặc tính vật lý nôi bật của AuNP làm cho các hệ thống này trở nên có giá trị đối với các ứng dụng hình ảnh Hơn nữa, việc tạo ra hệ thông chân đoán có độ nhạy cao và chọn lọc cho các chất phân tích mục tiêu có thể đạt được bằng cách thiết kế lớp đơn lớp bề mặt của chúng Các vectơ phân phối dựa trên AuNP cũng đã cho thấy nhiều hứa hẹn trong điều trị với khả năng tải thuốc và gen trên bề mặt cao của chúng cũng như việc giải phóng tải trọng có thê kiểm soát được Tổng hợp lại, AuNP là vật liệu cực kỳ linh hoạt cho các ứng dụng y sinh thể hệ tiếp theo
2.3 Quantum dots a) Hinh dang va thong so cua Quantum dots
Cham lượng tử ( QDs ) là các hạt bán dẫn có kích thước vải nanomet , có các đặc tính quang học và điện tử khác với các hạt lớn hơn do cơ học lượng tử Chúng là một chủ đề trung tâm trong công nghệ nano Khi các chấm lượng tử được chiếu sáng bằng tia UV, một điện tử trong chấm lượng tứ có thê được kích thích lên trạng thái có năng lượng cao hơn Trong trường hợp của một chấm lượng tử bán dẫn, quá trình này tương ứng với sự chuyến đổi của một điện tử từ vùng hóa trị sang vùng dẫn Electron bị kích thích có thể quay trở lại vùng hóa trị giải phóng năng lượng của nó bằng sự phát xạ ánh sáng
Các chấm lượng tử dạng keo được chiếu xạ bằng đèn UV Các châm lượng tử có kích thước khác nhau phát ra ảnh sáng có màu sắc khác nhau do sự hạn chế lượng tử
Màu sắc của ánh sáng đó phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa đải dẫn và đải hoá trị hoặc sự chuyên đôi giữa các trạng thái năng lượng tủy ý khi cầu trúc dải không còn là một định nghĩa tôt trong QDs
Với các chấm lượng tử, các hạt nhỏ nhất luôn phát ra màu xanh, những hạt lớn hơn là màu xanh lá cây, còn những hạt lớn nhất sẽ phát ra màu đỏ
1.0nmM 1.5nm 2.0nm 2.5nm 3.0nm
Alexey Ekimov lần đầu tiên phát hiện ra chấm lượng tử vào năm [981 trong một ma trận thủy tính và sau đó Louis E Brus quan sát thấy chúng trong dung dịch dạng keo vào năm 1985 Thuật ngữ "châm lượng tử" được đặt ra bởi Mark Reed
Các chấm lượng tử kề từ khi được phát hiện, đã dần trở thành các chất đán nhãn huỳnh quang quan trọng dùng trong cảm biến sinh học và hiện ảnh Các chấm lượng tử là những tỉnh thể nano bán dẫn bao gồm các nguyên tử của các nguyên tố nhóm II - VỊ (ví dụ, Cd, Zn, Se, Te) hoặc III-V (vi du, In, P, As) trong bang hé thống tuần hoản các nguyên tô hóa học Các hiệu ứng lượng tử xảy ra khi kích thước tinh thé có thé so sánh với bước sóng de Broglie của điện tử và lỗ trống Khi đó cả điện tử và lỗ trống đều bị giam giữ và các mức năng lượng của chúng bị lượng tử hóa Sự giam giữ lượng tử làm gián đoạn các mức năng lượng theo chiều giam giữ và làm thay đổi mật độ trạng thái theo năng lượng Kết quả là hấp thụ hay phát xạ của các chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước hạt, nghĩa là người ta có thế điều khiên được tính chất quang (ví dụ màu phát xạ huỳnh quang) theo kích thước của các chấm lượng tử Các chấm lượng tử có phổ hấp thụ rộng, phổ phát xạ hẹp, do đó có thể linh hoạt lựa chọn bước sóng kích thích cũng như giảm thiêu sự chồng chập phổ phát xạ từ các chấm lượng tử đa thành phần, làm cho chúng trở thành các chất dán nhãn tuyệt vời với sự sàng lọc thông lượng cao Ngoài ra, việc lựa chọn bước sóng kích thích xa các bước sóng phát xạ có thê loại bỏ sự tán xạ nền So với các chất màu hữu cơ, các chấm lượng tử có hiệu suất lượng tử tương tự nhưng hệ số dập tắt lớn hơn, làm giảm tốc độ dập tắt quang Độ chói huỳnh quang của các chấm lượng tử cũng lớn hơn độ chói của chất màu hữu cơ khoảng 10 đến 20 lần và độ bền quang cao gấp 100 đến 200 lần Ngoài ra, bằng cách sử dụng các chấm lượng tử khác nhau người ta có thê đánh dâu huỳnh quang trong khoảng rộng từ vùng khả kiến đến vùng hồng ngoại gần, trong khoảng từ 400nm đến 2000nm Các chấm lượng tử thường được sử dụng trong đánh dấu sinh học là các chấm lượng tử trên cơ sở CdSe và CdTe vì phô phát xạ của chúng trải toàn bộ vùng phô nhìn thấy tùy thuộc vào kích thước b) Sản xuất, chế tao Quantum dots
Có một số cách đề chế tạo các chấm lượng tử Các phương pháp khả thi bao gồm tông hợp keo, tự lắp ráp và lắp ráp điện ° Tổng hợp keo
Các tính thê nano bán dân dạng keo được tông hợp từ các đung dịch, giống như các quy trình hóa học truyền thống Sự khác biệt chính là sản phẩm không kết tủa như một khối rắn hoặc vẫn bị hòa tan Đun nóng dung dịch ở nhiệt độ cao, các tiền chất sẽ phân hủy tạo thành các monome, sau đó tạo mắm và tạo ra các tinh thể nano Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng trong VIỆC Xác định điều kiện tối ưu cho sự phát triển của tỉnh thể nano Nó phải đủ cao để cho phép sắp xếp lại và ủ các nguyên tử trong quá trình tông hợp trong khi du thấp đề thúc đây sự phát triển của tinh thê
Nồng độ của monome là một yếu tổ quan trọng khác phải được kiểm soát nghiêm ngặt trong quá trình phát triển tính thể nano Quá trình tăng trưởng của các tỉnh thé nano có thê xảy ra ở hai chế độ khác nhau, "lấy nét" và "làm mờ" Ở nồng độ monome cao, kích thước tới hạn (kích thước mà các tính thê nano không phát triển cũng không co lại) tương đối nhỏ, dan đến sự phát triển của gần như tất cả các hạt Trong chế độ này, các hạt nhỏ hơn phát triển nhanh hơn các hạt lớn (vì các tinh thể lớn hơn cần nhiều nguyên tử hơn đề phát triển hơn các tính thế nhỏ) dẫn đến sự tập trung phân bồ kích thước, tạo ra sự phân bố không thê tránh khỏi của các hạt gần như đơn phân tán Việc tập trung vào kích thước là tối ưu khi nồng độ monome được giữ sao cho kích thước tỉnh thê nano trung binh hiện tại luôn lớn hơn một chút so với kích thước tới hạn Theo thời gian, nồng độ monome giảm dân, kích thước tới hạn trở nên lớn hơn kích thước trung bình hiện tại, và sự phân bố mất dần đi.
Chẩm lượng tử với sự phát xạ từ bước từ tím sang đỏ đậm
Có các phương pháp tạo keo đề sản xuất nhiều chất bán dẫn khác nhau Các chấm điển hình được làm bằng các hợp chất nhị phân như chì sulfua , chi selenua , cadimi selenua , cadimi sulfua , cadimi Telluride , indium arsenide va indium phosphide Dấu chấm cũng có thể được tạo ra từ các hợp chất bậc ba như cadmium selenua sulfua
Những tiến bộ gần đây đã cho phép tổng hợp chấm lượng tử perovskite dạng keo, có kích thước từ 2 đến 10 nanomet và chứa từ 100 đến 100.000 nguyên tử Đường kính của các chấm lượng tử này dao động từ ~10 đến 50 nguyên tử, tương ứng với khoảng 2 đến 10 nanomet Để hình dung, với đường kính 10 nm, khoảng 3 triệu chấm lượng tử có thể được xếp từ đầu đến cuối và nằm vừa trong chiều rộng của móng tay cái người.