công nghệ sinh học nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị ung thư

Cấu trúc cơ bảncủa CNNN bao gồm các hạt hay tinh thể nano, lớp nano và ống nano Khi các nhà khoa học tìm cách kết hợp nhằm tạo một hướng đi mới mở đường chonhững kỹ thuật hiện đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM MÔN: NHỮNG VẤN ĐỀ TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIỆN ĐẠI

TIỂU LUẬN

GVHD: TS Hoàng Nghĩa Sơn

Mã HP: 210518501Nhóm: 7

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 5 năm 2013

CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANNO ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU

TRỊ BỆNH UNG THU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM MÔN: NHỮNG VẤN ĐỀ TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIỆN ĐẠI

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 5 năm 2013

CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANNO ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ

BỆNH UNG THU

LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh nói chung vàViện Công Nghệ Sinh Học và Thực Phẩm nói riêng đã tạo điều kiện cho chúng tôi làmbài tiểu luận

GVHD: TS Hoàng Nghĩa Sơn đã tận tình dạy dỗ, giúp đỡ, hướng dẫn chúng tôi tìmhiểu rõ bộ môn Những Vấn Đề Trong Công Nghệ Sinh Học Hiện Đại

Thư viện trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiệncho chúng tôi tra cứu tài liệu liên quan

Phòng đa phương tiện trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh với hệthống máy tính hoạt động liên tục giúp chúng tôi cập nhật thông tin nhanh chóng

Đồng cảm ơn sự góp ý của tất cả các bạn cùng lớp đã tận tình góp ý, tham gia đóng góp ýkiến để nhóm hoàn thành tốt bài tiểu luận

Vì thời gian có hạn nên nhóm không thể trình bài tiểu luận một cách tốt nhất, sai sót làđiều không thể tránh khỏi Nhóm xin chân thành cám ơn ý kiến đóng góp của cô cùng tất

cả các bạn để hoàn thành tốt hơn trong lần sau

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

MỤC LỤC 5

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 8

2 NỘI DUNG 10

2.1 Giới thiệu Công Nghệ Sinh Học Nano 10

2.1.1 Khái niệm 10

2.1.2 Hướng nghiên cứu chính 12

2.2 Vật liệu dùng trong CNSH Nano 13

2.2.1 Vật liệu Nano 13

2.2.1 Vật liệu nano dùng trong công nghệ sinh học 15

2.2.1.1 Dạng cầu 15

2.2.1.2 Dạng thanh 18

2.2.2 Vật liệu phân tử sinh học trong CNSH Nano 22

2.2.2.1 Protein 22

2.2.2.2 DNA 24

2.3 Cấu trúc nano tích hợp 25

2.3.1 Microarray 25

2.3.2 Microfluidic 26

2.3.3 Điện cực nano (nanosensor) 27

2.3.4 Thiết bị nano (nanodevice) 28

2.5 Phương pháp chế tạo vật liệu nano 29

2.5.1 Phương pháp hóa học 29

2.5.1.1 Micelle ngược 30

2.5.1.2 Khử 31

2.5.2 Phương pháp vật lý 34

2.5.2.1 Các phương pháp cơ học 34 2.5.2.2 Vi định vị không gian 35

2.5.2.3 Tổng hợp trong pha khí 35

2.5.2.4 Hồ quang điện .37

2.5.3 Các phương pháp sinh học 38

2.5.3.1 Tự lắp ráp phân tử 38

2.5.3.2 Vi chế tác dựa trên khuôn sinh học 41

2.5.3.3 Phỏng sinh học 41

2.5.3.4 Sinh học phân tử 43

2.4 Ứng dụng Công Nghệ Sinh Học Nano 44

2.4.1 Khám phá, phân phối thuốc và các phân tử liệu pháp 44

2.4.2 Chẩn đoán và điều trị 46

2.4.3 Kháng vi sinh vật 51

2.4.4 Phát hiện và xác định cấu tử sinh học 51

2.4.5 Phân tách các cấu tử sinh học 53

2.4.6 Máy tính nano sinh học 55

2.4.7 Kết quả bước đầu nghiên cứu và ứng dụng CNSH Nano ở Việt Nam 57

2.5 Công nghệ nano và ứng dụng trong chẩn đoán ung thư sớm trên thế giới 60

2.5.1 Chẩn đoán ung thư sớm 60

2.5.2 Ứng dụng hạt nano trong chẩn đoán và điều trị ung thư 61

2.5.3 Ứng dụng của bộ kít nano sinh học sợi nano trong phát hiện các chỉ thị ung thư .64

2.5.4 Các chỉ thị sinh học (biomarkers) dùng trong chẩn đoán ung thư 68

2.5.6 Công nghệ nano trong chẩn đoán và điều trị ung thư ở Việt Nam 68

2 KẾT LUẬN 72

Tài liệu tham khảo 73

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghệ sinh học từ lâu đã được biết đến với các thành tựu to lớn đối với đời sốngcủa con người và đáp ứng những nhu cầu cấp thiết của xã hội Có thể kể tên các thànhtựu như nhân bản vô tính, các phương pháp thụ tinh nhân tạo, chuyển gen Ngày nay côngnghệ sinh học hiện đại đã và đang tập trung nghiên cứu các quá trình cơ chế ở mức phântử Sinh học phân tử càng phát triển, càng cần các công cụ, vật liệu mới nhằm thâm nhậpsâu hơn vào thế giới hiển vi của những quá trình cấu trúc sinh hoc nhằm tìm ra nhữnghướng đi mới trong việc điều trị và chuẩn đoán nhiều căn bệnh nguy hiểm

Ngay từ khi con người tìm ra những sinh vật có đường kính rất nhỏ 200nm Thì thuậtngữ nano (nhỏ xíu) đã bắt đầu xuất hiện trong tài liệu khoa hoc Kéo theo đó là sự liên kếtcác vật liệu kỹ thuật chính xác trong tương lai mà người sử dụng với một thuật ngữnanotechnology Cụ thể hơn, CNNN là khoa học, kỹ thuật và thao thác liên quan tới các

hệ thống có kích thước nano, ở đó các hệ thống này thực hiện nhiệm vụ điện, cơ, sinh,hóa hoặc tính toán đặc biệt Nền tảng của công nghệ này là hiện tượng “các cấu trúc, thiếtbị và hệ thống có tính chất và chức năng mới khi ở kích thước siêu nhỏ” Cấu trúc cơ bảncủa CNNN bao gồm các hạt hay tinh thể nano, lớp nano và ống nano

Khi các nhà khoa học tìm cách kết hợp nhằm tạo một hướng đi mới mở đường chonhững kỹ thuật hiện đại giữa các vật liệu và tổ chức sinh học kích thước nano Sự giaothoa ấy mang lại cho sinh học những công cụ mới trong khi sinh học cho phép CNNN đạtđược các hệ thống có chức năng mới Và từ đó,CNSH nano là tập con của CNNN, nócũng gần với CNSH nhưng thêm khả năng thiết kế và biến đổi các chi tiết sinh học ở mức

độ nguyên tử Điều đó đã đem lại những bước tiến thần kỳ trong y hoc, nông nghiệp, côngnghiệp, sinh học phân tử,v,v

Thông qua bài tiểu luận này, nhóm chúng em có cơ hội tìm hiểu một vài thành tựu

đạt được nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống, điều trị bệnh… Trong đó, một trongnhững kỹ thuật hiện đại nhất mang tính toàn cầu là ứng dụng CNSHNN vào việc chuẩnđoán bệnh ung thư Đó cũng là đề tài “Ứng dụng công nghệ sinh học nano vào việc chuẩnđoán bệnh ung thư” mà nhóm chúng em sẽ tìm hiểu trình bày trong bài báo cáo này.

2 NỘI DUNG 2.1 Giới thiệu Công Nghệ Sinh Học Nano

Công nghệ Nano (nano technology) chỉ việc nghiên cứu, học tập, tổng hợp và sử

dụng các loại vật liệu, thiết bị hay kể cả các hệ thống có kích thước cỡ nano (1 phần tỷmét) Công nghệ nano có ứng dụng rất lớn trong cuộc sống và là một công nghệ triểnvọng ngay tại thời điểm hiện tại lẫn tương lai Thử tưởng tượng có những thiết bị nhỏ cỡnano có thể đi vào trong con người, tìm ra các bộ phận bị “ốm” và tuyệt hơn là góp phầnlàm bộ phận đó “khỏe” trở lại Công nghệ này cũng được đánh giá là sạch (ít gây ônhiễm) và hiệu quả hơn các công nghệ hiện tại Tổ chức Nanotechnology Initiative (NNI)trực thuộc chính phủ Mỹ định nghĩa công nghệ Nano là “bất cứ thứ gì liên quan đến cáccấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm” Định nghĩa này đã loại bỏ một cách độc đoánchủ thể của các nghiên cứu liên quan khác tập trung vào các thiết bị vi lỏng (microfluidic)và các vật liệu đang được tiến hành ở quy mô µm

Trong cuốn “Bionanotechnology: lessons from nature”, Goodsell định nghĩa công nghệNano là “thao tác và chế tạo ở quy mô nano với độ chính xác nguyên tử” Cụ thể hơn,công nghệ Nano là khoa học, kỹ thuật và thao thác liên quan tới các hệ thống có kíchthước nano, ở đó các hệ thống này thực hiện nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hóa hoặc tính toánđặc biệt Nền tảng của công nghệ này là hiện tượng “các cấu trúc, thiết bị và hệ thống cótính chất và chức năng mới khi ở kích thước siêu nhỏ” Cấu trúc cơ bản của công nghệ

khác nhau ở chỗ chúng được tạo thành như thế nào và các nguyên tử, phân tử của chúngđược sắp xếp ra sao.

Công nghệ sinh học nano (CNSH nano) là phạm trù khoa học mới xuất hiện gần đây

dựa trên cơ sở kết hợp của công nghệ nano và sinh học Một mặt CNSH nano nghiên cứusử dụng “bộ máy sinh học” để hoàn thiện hoặc sáng tạo công nghệ nano mới Mặt khác nónghiên cứu sử dụng công cụ công nghệ nano để nghiên cứu hệ sinh học Nói một cách văn

vẻ hơn, CNSH nano là một sự thu nhỏ quá trình và thiết bị CNSH về mức độ nano Thí dụcông nghệ DNA nano hay bộ máy họat động của tế bào có thể coi là CNSH nano, vì cảhai đều dựa vào họat động của các phân tử sinh học ở mức độ nano Mặt khác, hạt nanosử dụng làm phương tiện vận chuyển thuốc chữa bệnh hướng đích hoặc làm cảm biến sinhhọc cũng là thí dụ CNSH nano, vì trong trường hợp này, công cụ của công nghệ nanođược sử dụng cho mục đích sinh học Hiểu biết về hóa sinh học là cơ sở khoa học củaCNSH nano Vì CNSH nano nghiên cứu các quá trình biến đổi sinh học ở mức độ tế bàovà mô liên quan đến: Biến đổi hình dạng, độ bám dính ; Sự kích thích cơ-điện, độ chứađiện, chứa năng lượng, pin sinh học ; Sự hấp phụ, phát huỳnh quang, hiện tượng quang-hóa; Độ giữ nhiệt, điều biến nhiệt ; Cách thức tế bào tương tác với vật liệu nano, cácphân tử khuyết tật, hệ cơ-sinh học; Bệnh di truyền, ung thư, khuyết tật mô hoặc tạng,cũng như xây dựng hệ máy tính DNA Công nghệ Sinh Học nano là bất cứ ứng dụng nàocủa công nghệ Nano trong nghiên cứu sinh học bao gồm: khám phá thuốc, thiết bị phốithuốc, công cụ chuẩn đoán, liệu pháp và vật liệu sinh học mới

Theo NIH, Công nghệ Sinh Học nano là:

 Áp dụng công cụ ở kích thước nano vào hệ thống sinh học

 Sử dụng hệ thống sinh học làm khuôn mẫu để phát triển các sản phẩm mới cỡnano

Ở đây, cần phân biệt giữa ‘Nano&Bio’ (sử dụng công nghệ Nano để phân tích và tạo

ra các hệ thống sinh học), và ‘Bio&Nano’ (sử dụng vât liệu và cấu trúc sinh học để tạocác hệ thống kỹ thuật)

2.1.2 Hướng nghiên cứu chính

Cùng với sự nở rộ của CNNN, CNSH nano cũng đang có những bước tiến thành kỳ.Một số ví dụ của CNSH nano trong nghiên cứu và phát triển:

 Chụp ảnh và nghiên cứu tương tác giữa các đơn phân tử sinh học

 Màng chức năng tự lắp ráp với các tính chất như xúc tác, quang hoạt, dẫnđiện, điện hóa và lọc nước, lọc khí, vi sinh vật

 Động cơ DNA (DNA motor) dựa trên lực tạo ra khi lai các trình tự bổ sungvới nhau

 Chụp ảnh quá trình vận động của virus, protein, prion và thuốc trong tế bàosống

 Chuyển gene và đột biến điểm chính xác

 Các bộ phận phân tử mới hướng đích và tăng phản ứng miễn dịch

 Công nghệ phân phối thuốc hướng đích

 Khai thác các động cơ sinh học như cơ và các protein vận động khác, để tạonăng lượng điện hoặc cơ

Hiện tại trên thị trường đã có những sản phẩm thương mại của CNSH nano Bảng 2.1liệt kê một số công ty thành công trong lĩnh vực CNSH nano theo ba hướng nghiên cứuchính là

 Phân tích sinh học

 Phân phối thuốc và liệu pháp

 Thiết bị y học và cảm biến sinh học

Rõ ràng, có sự chồng lấp giữa các lĩnh vực này, và một lĩnh vực phát triển sẽ xúc tác

sự phát triển của lĩnh vực khác Như một tất yếu trong các lĩnh vực công nghệ cao và mới,

Mỹ luôn là nước dẫn đầu thể hiện ở số công ty vượt trội Tuy nhiên, một số nước khác

như Úc Nhật, Canada, Nhật, Anh cũng đã có những công ty tham gia vào thị trường đầytiềm năng này.

2.2 Vật liệu dùng trong CNSH Nano

2.2.1 Vật liệu Nano

Vật liệu nano là vật liệu có ít nhất một chiều có kích thước nm Hình 2.1 cho thấymột số vật liệu nano tiêu biểu và kích thước của chúng

Đặc trưng của vật liệu nano.

Các tính chất vật lý, hóa học của vật liệu đều bị giới hạn bởi kích thước, gọi là kíchthước tới hạn Các tính chất như điện, từ, quang và hóa học đều có độ dài tới hạn cỡ nm.Nếu vật liệu nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi Tính chấtđặc biệt của vật liệu nano được đem lại do kích thước của nó nhỏ hơn kích thước tới hạncủa vật liệu

Bảng 3 Kích thước của một số cấu tử nano

Phân loại vật liệu nano

Theo trạng thái, người ta phân chia vật liệu nano thành trạng thái rắn, lỏng và khí Vậtliệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng vàkhí

Về hình dáng vật liệu, người ta chia vật liệu nano thành:

 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví dụ, đámnano, hạt nano

 Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví dụ,dây nano, ống nano (NT),

 Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví dụ,màng mỏng,

 Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ cómột phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano khôngchiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

2.2.1 Vật liệu nano dùng trong công nghệ sinh học.

2.2.1.1 Dạng cầu

Điểm lượng tử (QD)

QD là một hạt vật chất được tạo nên từ các vật liệu nhóm II–VI (CdSe) hoặc III-V(InP) trong bảng hệ thống tuần hoàn, có kích thuớc nhỏ (< 10 nm) tới mức khi thêm haylấy đi một điện tử sẽ làm thay đổi tính chất của nó Khi ta kích thích một QD càng nhỏ thìnăng luợng và cuờng độ phát sáng của nó càng tăng, mang lại bước sóng phát xạ khả điềuhướng và đa hình phổ phát xạ của QD (hình 2.2) Vì vậy nó là cửa ngõ cho hàng loạtnhững áp dụng kỹ thuật mới

Hình 2.2 Vi hạt gắn với QD mang lại màu khác nhau các phân tử sinh học Mười màu

khác nhau hát ra từ QD (CdSe gắn với ZnS) dưới tia UV

Trong số các vật liệu nano, QD hiện được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất Có thểnói, với những ưu điểm vượt trội của mình, QD sẽ dần thay thế các chất phát huỳnh quangtrong những ứng dụng trước đây như lai in situ, FRET, xác định khả năng di động của tếbào…

Dendrimer

Dendrimer là các phân tử được chế tạo bằng cách thêm liên tiếp các đơn vị nhánh tỏa

ra ngoài từ điểm khởi đầu (hình 2.3)

Hình 2.3 Cấu trúc hai và ba chiều của dendrimer Ba thành phần cấu trúc: lõi (vàng),vùng bên trong chứa các đơn vị nhánh lặp lại (xanh da trời) và bề mặt ngoài (đỏ).Chất khơi mào (initiator): Có thể tạo dendrimer từ phân tử gốc là nguyên tố đa trị Có

Đơn vị nhánh: đơn vị nhánh bên trong có thể toàn bộ là amin (DAB-Am = PPI =Astromol), hỗn hợp amine/amide (PAMAM), toàn bộ amide (L-lysine dendrimers),gallate hoặc resorcinolate Nếu muốn dùng dendrimer làm thuốc, cần dùng đơn vị nhánhphù hợp với các ứng dụng dược học (không độc, hiệu quả cao, có khả năng giám sát….).Thể liên kết và bề mặt: Tính đa dạng của các cấu trúc dendrimer được tạo nên chủ yếunhất bởi nhóm bề mặt và loại thể liên kết được dùng

Lỗ nano (nanopore)

Lỗ nano được tạo nên từ các vật liệu rắn (như silicon nitride) bằng kỹ thuật khắc bởi tiaion (ion-beam sculpting technique) theo hai cách: tạo lỗ bằng cách khắc trên màng, hoặclấp các lỗ lớn hơn dưới những điều kiện ở đó quá trình chuyển khối biên là chủ đạo.Chiều sâu của lỗ nano trên màng là 5-10 nm và đường kĩnh lỗ là 3nm Chúng nhỏ đếnmức chỉ cho một mạch đơn DNA đi qua (hình 2.4a)

Hình 2.4 Một số cấu trúc nano dạng cầu (a) Lỗ nano [Theo 34], (b) vỏ nano và (c) hạt

nano có từ tính

Vỏ nano (Nanoshell)

Vỏ nano là khối cầu silica rỗng với các hạt vàng bao quanh (hình 8b) Có thể gắnkháng thể lên bề mặt nhằm tạo ra khối cầu hướng đích.

Hạt nano (Nanoparticle)

Hạt kim loại nano thường được định nghĩa là các hạt tách biệt có kích thước 1 - 50 nmđược ngăn cản sự kết tụ bằng vỏ bảo vệ Phụ thuộc vào vỏ bảo vệ được sử dụng, chúngđược tái phân tán trong nước (“hydrosols”) hoặc dung môi hữu cơ (“organosols”) (hình2.4c) Lõi của hạt nano có thể là hạt C, hạt kim loại, hạt từ, hạt hữu cơ, hạt silica

2.2.1.2 Dạng thanh

Ống nano

Được khám phá lần đầu tiên bởi Dr Sumio Lijima tại NEC, Nhật (1991), NT carbonlà mạng lưới lục giác của các nguyên tử C thông qua liên kết C sp2 trên graphite, cóđường kính ~1nm và chiều dài 1-100 µm NT carbon có các tính chất hết sức ưu việt nhưkích thước và khối lượng nhỏ, độ dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền cao… Có hai loại NT là NTmột vách và NT đa vách (hình 2.5.1)…

Có thể gắn các cấu tử sinh học với NT carbon (hình 9.3), cho phép sử dụng hệ thốnglai như các thiết bị cảm biến sinh học hoặc transistor với phổ hoạt động rất hiệu quả, tạo

ra các cấu trúc nano phức hợp và mạch nano (nanocircuit) với các tính chất và chức năngđược điều khiển

Ngoài NT carbon, cùng với sự phát triển của công nghệ nano, ngày nay người ta còntạo ra NT peptide

Hình 2.5 NT carbon nguyên chất và gắn với các cấu tử sinh học (1) NT carbon 1 vách, (2) nhiều vách (3) Ống nano carbon gắn với các cấu tử khác nhau: a) gắn nucleotide; b) gắn đường; c) gắn chất hoạt động bề mặt; d) gắn peptide; e) gắn C60

Dây nano

Các dây nano kim loại khác nhau gồm bạc, vàng, platinum, palladium, ZnS, đồng,silicon được tạo ra nhờ khuôn DNA hoặc tổng hợp hóa học Có thể tạo sợi vàng nanobằng cách sử dụng protein dẫn hướng (RecA) Patolsky và cộng sự polymer từng bướccác đơn vị monomer G-actin gắn hạt vàng nano và các đơn vị G-actin không đánh dấu đểtạo ra các sợi protein gắn kim loại sau khi xúc tác sự kim loại hóa các hạt nano (hình 10a).Hình 10b minh họa dây nano silica quấn quanh một sợi tóc, nó nhỏ bằng một phần nămvirus, nhưng bền gấp 5 lần tơ nhện

Hình 2.6 Cấu trúc sợi vàng trên lõi actin Dây nano quấn quanh sợi tóc

Mã vạch nano (Nanobarcode, NBC)

Mã vạch nano được hiểu là vật liệu nano có khả năng mã hóa khác nhau tương ứngvới từng loại phân tử đích Chúng có thể là các hạt nano hình trụ có vạch phân bố tự do,rộng 12 - 15 µm và dài 1 - 50 µm Các mô hình sọc làm chúng tách biệt (giống như mãvạch truyền thống) dưới ánh sáng, kính hiển vi huỳnh quang hoặc khối phổ (hình 2.8).Nanobarcode tạo thành vừa có khả năng mã hóa vừa có khả năng dò

Gần đây, que nano đa kim loại với sọc barcode đã được chế tạo thành công Người ta

có thể nhận diện chúng bằng cách đo hệ số phản xạ

Hình 2.8 Ảnh phát huỳnh quang của hai hạt barcode A và B (trong hình iii) sử dụng thínghiệm lai DNA đánh dấu Cy3 (i) Ảnh đen trắng; (ii) Ảnh kênh Cy3; (iii) hảnh đất hiếm

thu được sử dụng bộ lọc ánh sáng dài 420 nm

Ngoài ra người ta còn tạo ra các NBC có bản chất là phân tử DNA lai có nhiều đầu,mỗi đầu gắn với một loại mẫu dò và tín hiệu phát huỳnh quang màu khác nhau để tạo raphân tử có khả năng mã hóa.

Que nano (Nanorod)

Trong CNNN, que nano được sử dụng khá phổ biến Chúng được tạo thành từ kimloại, phi kim hoặc muối như Co, CuO, Au, CdSe, BaCrO4, BaWO4, gắn với các nhómchức nhằm mang lại khả năng tự lắp ráp thành các cấu trúc hai hoặc ba chiều Hiện tại,trong CNSH, các que nano đa thành phần như que nano Au/Ni (phần vàng gắn với yếu tốhướng đích, phần Ni gắn với plasmid tạo ra một vector chuyển gene rất hiệu quả), Au-Ni-

Au đã cho thấy các ứng dụng to lớn trong chuyển gene và phân tách chọn lọc các cấu tửsinh học

Hình 2.9 Các loại que nano và cấu trúc nano được tạo nên từ chúng (A) Que nano 3 thành phần Au-Ni-Au (B) Que nano 2 thành phần Au-Ni (C) Que nano 2 thành phần Au-Ppy và các cấu trúc nano được tạo nên từ chúng

Ngoài những vật liệu nano kể trên, với các phương pháp tổng hợp hóa học, người tacòn tạo ra các cấu trúc đĩa nano (nanodisks), hạt nano đa vỏ, cách tử nano tam giác và cáccấu trúc nano nhánh, mang lại những ứng dụng hết sức đa dạng trong CNSH nano Bên cạnh vật liệu nano, các phần tử sinh học đóng vai trò vô cùng quan trọng trong

CHSH nano Cho đến nay, người ta mới chỉ lợi dụng được một phần rất nhỏ của các cấutử, cấu trúc và nguyên lý sinh học trong CNSH nano.

2.2.2 Vật liệu phân tử sinh học trong CNSH Nano

Tế bào là tập hợp của hàng ngàn bộ máy nano (nanomachine, nanodevice), chúng cóthể được thu nhận và biến đổi để thực hiện các nhiệm vụ CNNN tùy theo chủ định củachúng ta Hiện tại, trên 10.000 bộ máy nano đang làm việc trong cơ thể mỗi người Đángchú ý là sau khi tách và tinh chế, các bộ máy nano này vẫn giữ chức năng ở kích thướcphân tử Chúng là những bộ máy phân tử độc lập, được lợi dụng để phục vụ con người.Các phân tử sinh học có thể đóng vai trò như các thành phần thu nhận, vận chuyển ánhsáng, chuyển hóa tín hiệu, xúc tác, bơm hoặc đông cơ trong các bộ máy nano để tạo ranăng lượng hoặc các sản phẩm đặc biệt, thực hiện các nhiệm vụ kiểm soát hay lưu giữ dữliệu Các cấu trúc thiết yếu trong trao đổi chất tế bào (ty thể, túi vận chuyển, ribosome…)

có thể trở thành các “bộ phận” của bộ máy sinh học-nano Và với các tiến bộ công nghệ,chúng ta có thể mở rộng chức năng của các bộ máy này theo mục đích của mình, biến đổicác bộ máy nano phân tử sinh học sẵn có hoặc thiết kế những cái hoàn toàn mới

Theo xu thế hiện nay, người ta không ngừng tìm hiểu, khám phá các cơ chế sinh học,tận dụng tối đa mọi tiềm năng sẵn có trong các hệ thống sinh học để ứng dụng vào CNSHnano Bởi thế, có thể nọi mọi cấu tử sinh học đều đã và đang là đối tượng nghiên cứu củaCNSH nano

2.2.2.1 Protein

Trong CNSH nano, protein được sử dụng rất phổ biến Chúng có thể đóng vai trò mẫu

dò trong kỹ thuật protein chip, trợ giúp quá trình tự lắp ráp theo cơ chế kháng kháng thể, được bao gói trong các vật liệu nano khác như một phân tử liệu pháp (khángthể) và đặc biệt nhất là vai trò động cơ nano

nguyên-Động cơ sinh học nano là protein và phức hệ protein thực hiện các chức năng khácnhau thiết yếu cho sự sống như tái bản và biệt hóa của tế bào Chúng sử dụng năng lượnghóa học, điện hóa hoặc điện thế và chuyển năng lượng này thành lực cơ học Tự nhiênluôn cung cấp cho chúng ta một dải rộng các động cơ sinh học nano (hình 2.10), chúngđược tiến hóa để thực hiện các chức năng đặc biệt với hiệu quả cao Các protein vận độngnhư myosin và kinesin đóng vai trò vận chuyển và truyền động, các động cơ có bản chấtRNA làm virus dễ dàng bao gói axit nucleic , RNA polymerase chuyển động dọc theoDNA khi phiên mã và động cơ tiên mao đẩy vi khuẩn đi Một số enzyme như kinesin,RNA polymerase, myosin, và adenosine triphosphate (ATP) synthase có chức năng nhưcác động cơ sinh học quay hoặc tịnh tiến ở kích thước nano

Hình 2.10 Các protein vận động: kinesin chạy dọc theo microtubule, dynein chạy dọcmicrotubule theo chiều ngược lại với kinesin, myosin chạy dọc theo sợi filament, F1-ATPase là một động cơ quay, cuống trung tâm của nó quay khi các dưới đơn vị bên ngoài

thủy phân ATP

Kết hợp các động cơ phân tử sinh học với các hệ thống được chế tạo ở kích thướcnano cho phép phát triển các thiết bị lai hữu cơ-vô cơ có khả năng sử dụng ATP nhưnguồn năng lượng Cách tiếp cận này có thể cho phép tạo ra các cảm biến, biến năng cơhọc và cơ cấu truyền động mới Các cơ chế bởi đó các động cơ sinh học tạo ra lực là mộtlĩnh vực nghiên cứu thú vị trong đó các quá trình đáng kể được tạo thành.

2.2.2.2 DNA

Có thể nói, chưa một cấu tử sinh học nào được nghiên cứu kỹ như DNA Tuy nhiên,

có lẽ không ai có thể ngờ rằng DNA lại có thể có những ứng dụng bước ngoặt, đột pháđến như vậy khi CNSH nano ra đời

Có thể sử dụng tính chất nhận biết phân tử kết hợp với các tính chất cơ học khác nhaucủa DNA mạch đơn và kép để tạo các thiết bị nano thực hiện nhiều nhiệm vụ hơn với cácứng dụng từ chế tạo nano đến phân phối thuốc thông minh Có thể dùng DNA để tạo racác bộ máy với khả năng chuyển động quay, đẩy và giãn dài, hoặc thậm chí vận độngđẳng hướng Có thể phát minh các thiết bị nano tự sinh để bắt giữ và giải phóng các phântử, thực hiện các nhiệm vụ xử lý thông tin đơn giản

Một mảng ứng dụng rất lớn nữa của DNA là làm mẫu dò trong gene chip, một kỹthuật chỉ mới được phát minh vào đầu những năm 1990 và tiềm năng phát triển có thể sovới PCR Ngoài ra, với các tính chất tự lắp ráp (TLR), bắt cặp bổ sung…, với khả năngtổng hợp nhân tạo chính xác phân tử DNA đến từng base (cả mạch đơn lẫn mạch kép), khigắn DNA với các cấu tử sinh học hoặc cấu trúc, phần tử nano khác sẽ cho ta những ứngdụng hết sức phong phú và đa dạng Có thể nói, CNSH nano mới chỉ lợi dụng được mộtphần rất nhỏ bé so với tiềm năng vốn có của DNA

2.2.2.3 Các cấu trúc khác

Ngoài protein và DNA, một số cấu trúc sinh học khác cũng cho thấy tiềm năng ứngdụng to lớn trong CNSH nano Các lớp bề mặt tế bào vi khuẩn gọi là S-layer, S-layerneoglycoprotein tích hợp có thể sử dụng trong thiết kế vaccine, phân phối thuốc sử dụng

sự nhận biết carbohydrate Ngoài ra, có thể sử dụng glycoprotein, polysaccharide, monohay oligosaccharide làm mẫu dò trong glycan array hoặc chính bản thân tế bào cũng đượclợi dụng làm khuôn để chế tạo dây nano Với sự phát triển như vũ bão của công nghệ hiệnnay, có thể nói, mọi cấu tử sinh học ở kích thước nano đều có tiềm năng ứng dụng trongCNSH nano

2.3 Cấu trúc nano tích hợp

Ngày nay, người ta thiết kế và chế tạo các bộ máy sinh học nano để thực hiện cácnhiệm vụ đặc biệt ở quy mô nano, như hướng đích tới các tế bào ung thư hoặc giải quyếtmột một nhiệm vụ máy tính đơn giản Khi CNSH nano phát triển, chúng ta sẽ tái thiết kếcác bộ máy phân tử của tế bào để thực hiện những nhiệm công nghệ và sức khỏe conngười ở quy mô lớn hơn Các cấu trúc lớn sẽ được xây dựng với độ chính xác nguyên tửvới các máy lắp ghép phân tử sinh học hoặc bằng cách sử dụng các mô hình sinh học đểlắp ghép Nhìn vào tế bào, chúng ta có thể tìm thấy các động cơ tự động chính xác, bộ nhớtruy cập ngẫu nhiên, cảm biến… tất cả chúng đều ở quy mô phân tử, sẵn sàng để thu nhậnbởi CNSH nano

2.3.1 Microarray

Trong kỹ thuật DNA array, người ta cố định axit nucleic có trình tự xác định (mẫu dò)trên giá thể (mảng) thích hợp theo thứ tự Axit nucleic cần nghiên cứu (đích) được đánhdấu sau đó lai với mẫu dò trên mảng Ở những điều kiện lý tưởng, các axit nucleic cótrình tự bổ sung sẽ bắt cặp chính xác với nhau Hơn nữa dưới các điều kiện này, cường độphát hiện tín hiệu tỷ lệ trực tiếp với lượng mẫu dò nên có thể định lượng các loại axitnucleic trong mẫu ban đầu Trên cơ sở DNA array, các mẫu dò các mẫu dò có bản chấtkhác nhau đã được phát triển để tạo ra protein array, PNA array, peptide array, glycan

array, nanowire array, cantilever array … mang lại những ứng dụng hiệu năng cao hết sức

đa dạng

Hình 2.11 Một số loại microarray điển hình (A) DNA array (B) Nanowire array (C)

Cantilever array (D) Protein array

2.3.2 Microfluidic

Một số thiết bị điều khiển lợi dụng ưu thế của các thiết bị kích thước nhỏ (cỡ µm) sovới các thiết bị lớn: giảm lượng mẫu và hóa chất tiêu tốn, thời gian phân tích ngắn hơn, độnhạy cao hơn, mang lại các phân tích in situ thời gian thực và tiện lợi Có thể hình dung làtương tự với các vi mạch tích hợp sử dụng transitor thu nhỏ trong tính toán tự động,microfluidic chip có thể được tự động hóa quy mô lớn trong quá trình sinh học sử dụngcác thể tích nl Ngày nay, chúng ta đang thấy các hệ thống microfluidic thật sự nổi lên đểđiều khiển các vật liệu ở mức nl, chúng được gọi là các hệ thống nanofluidic

Hình 2.12 Ảnh hệ thống nanofluidic thực hiện 3 quá trình song song đồng thời sử dụng

các thể tích mẫu 1,6 nl, 1,0 nl và 0,4 nl để tách DNA

2.3.3 Điện cực nano (nanosensor)

Điện cực sinh học là một thiết bị gồm thụ thể sinh học và một yếu tố chuyển đổi cókhả năng chuyển hóa những thông tin đặc biệt thành các hiệu ứng có thể đo đạc (như tínhiệu điện) Vì tính đặc hiệu cao của các thụ thể sinh học (DNA, kháng thể), so với điệncực hóa học, điện cực sinh học nhạy hơn nhiều trong các đánh giá sinh học Dùng vật liệunano trong điện cực sinh học cho phép sử dụng một số kỹ thuật truyền tín hiệu mới Vì m,các điện cực nano, mẫu dò nano và các hệ thống khác là những  kích thước dưới lĩnhvực cách mạng hóa trong phân tích sinh học và hóa học, cho phép phân tích nhanh nhiều

cơ chất cùng lúc in vivo

Một trong các điện cực nano đang được ưu tiên phát triển hàng đầu là PEBBLE.Chúng có kích thước 20-100nm, được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các môi trườngsinh học Do có kích thước nhỏ nên điện cực này tối thiểu hóa các tác hại vật lý đối với tếbào Hơn nữa do thuốc nhuộm được nang hóa trong chất nền trơ nên PEBBLE tạo ra phacảm biến tách biệt với tế bào, do đó tránh được khả năng gây nhiễu hóa học

Các peptide vòng chứa một số axit amin thay thế dạng D- và L- được sử dụng trongmột loại cảm biến hóa sinh và hóa học mới do nhóm của Bayley tại Texas A&MUniversity phát triển Trong đó, họ đặt màng lipid kép chứa một kênh α-haemolysin(αHL, hình 2.13) giữa hai dung dịch điện cực, cho điện thế chuyển màng không đổi chạyqua và đo dòng chuyển màng Dòng này đi đôi với sự vận chuyển của các ion chạy quakên αHL vào lỗ trung tâm

Hình 2.13 Cấu trúc của αHL

2.3.4 Thiết bị nano (nanodevice)

Thiết bị nano được định nghĩa là tổ hợp lắp ráp của các phân tử đã được thiết kế từtrước để thực hiện chuyển động Hiện có khá nhiều thiết bị nano được tạo ra nhằm thựchiện các chuyển động tịnh tiến, quay, nâng lên hạ xuống, co bóp (hình 2.14) Phổ biếnnhất là thiết bị nano dựa trên DNA, kế đó là các thiết bị được thiết kế đặc biệt lợi dụngcác động cơ phân tử, có bản chất là protein “Nhiên liệu” của các thiết bị này có thể làATP, enzyme, các kích thích bên ngoài hoặc thậm chí là tự cấp nguyên liệu dựa trên cácthay đổi môi trường in vivo (như pH) hoặc TLR thông qua các nguyên lý bổ sung

Hình 2.14 Một số thiết bị nano (A) Thang máy nano, di động từng bước từ trên xuống dưới thông qua quá trình khử proton của ba trung tâm –NH2+– (B) Chuyển động tịnh tiến nhờ enzyme (C) Chuyển động tịnh tiến nhờ phản ứng lai.

2.5 Phương pháp chế tạo vật liệu nano

2.5.1 Phương pháp hóa học

Tổng hợp hóa học giúp tạo ra lượng lớn vật liệu nano với giá thành hợp lý Có thể bắtđầu với dung dịch muối và cho thêm hóa chất (như hydroxide) Sau khi sản phẩm ở trạngthái siêu bão hòa, quá trình kết tủa xảy ra do sự nhân hóa đồng hoặc dị hợp (homogeneous

or heterogeneous nucleation) Để tạo hạt với phân bố kích thước hẹp, toàn bộ quá trìnhkết tủa phải xảy ra cùng lúc và phải không có sự nhân hóa sau khi đã tạo thành hạt Tínhchất hạt phần lớn được xác định bởi tốc độ phản ứng, tốc độ phản ứng lại bị ảnh hưởngbởi nồng độ của các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, pH và thứ tự chất phản ứng chovào dung dịch Vật liệu nano đa pha (multiphase nanomaterial) khó tạo ra hơn bằngphương pháp hóa học vì mỗi pha cần các điều kiện kết tủa khác nhau Có thể giới hạn

kích thước hạt bằng cách tạo ra rất nhiều vị trí hạt nhân hóa (nucleation site) sử dụngmicelle ngược (reverse micelle), hoặc bằng cách bao phủ bề mặt (capping the surface)[94]

2.5.1.1 Micelle ngược

Một số chất hoạt động bề mặt là các nguyên tử dạng que với đầu ưa nước và kỵ nước.Khi trộn dầu, nước và chất hoạt động bề mặt với nhau theo tỷ lệ thích hợp, các phân tử hoạt động bề mặt tự sắp xếp tạo thành vỏ cầu (spherical shells) với nước choán đầy khônggian trong vỏ Kiểu sắp xếp hình học của chất hoạt động bề mặt và nước như vậy gọi là micelle ngược (reverse micelle), xảy ra để tối thiểu hóa năng lượng.[94]

Có thể điều khiển được kích thước của micelle ngược vì kích thước của nó phụ thuộc tuyến tính vào tỷ lệ của lượng nước trên lượng chất hoạt động bề mặt Có thể thực hiện hầu hết các phản ứng trong nước cũng như trong nước chứa bên trong micelle Do đó, có thể kết tủa các hạt nano bên trong micelle Kích thước hạt nano bị giới hạn bởi kích thướccủa micelle ngược [94]

Hình 18 Sự tạo thành của các hạt keo kim loại có cấu trúc nano theo phương pháp khử muối (“salt reduction”) [Theo 38]

Có thể cho phân tử mũ (chất gắn cộng hóa trị với bề mặt của vật liệu) vào dung dịch

để ngăn cản quá trình kết tụ của các hạt nano mới tạo thành (hình 18) Thiolate là các chấtcapping thường được sử dụng nhất Capping cũng hạn chế kết tụ [94]

2.5.1.2 Khử

Các hạt nano được kết tủa thường là oxit hoặc hydroxid Nếu cần hạt nano kim loại,

có thể khử oxid hoặc hydroxid bằng hydro ở nhiệt độ cao Cũng có thể khử bằng rượu đachức (như ethylene glycol) ở nhiệt độ cao [94] Quá trình khử hóa học muối kim loại(hình 18) khi có chất ổn định để tạo hạt keo kim loại hóa trị không (zerovalent) trong

dung dịch lỏng hoặc dung môi hữu cơ được công bố lần đầu tiên vào năm 1857 bởiFaraday, và cách tiếp cận này đã trở thành một trong các phương pháp tổng hợp mạnh vàphổ biến nhất trong lĩnh vực này Phương pháp chuẩn đầu tiên để tạo ra hạt keo kim loại(như hạt vàng 20nm bằng cách khử [AuCl4–] bằng sodium citrate) được thiết lập bởiTurkevich [38]

Hình 19 (a) Ổn định hóa tĩnh điện của các hạt keo kim loại cấu trúc nano (b) Ổn định hóa không gian của các hạt keo kim loại cấu túc nano [Theo 38]

2.5.1.3 Tổng hợp điện hóa

Từ năm 1994, sự chế tạo rất linh hoạt các keo lưỡng và đơn kim loại cấu trúc nano đã được Reetz và nhóm nghiên cứu của ông phát triển Quá trình tổng hợp điện hóa tổng quát gồm 6 bước nhỏ (hình 20)

1 Sự phân rã do ôxy hóa của điện cực anode kim loại

2 Các kim loại hóa trị n dịch chuyển đến cathode

3 Tạo thành nguyên tử kim loại hóa trị 0 tại cathode

4 Tạo thành các hạt kim loại bởi quá trình hạt nhân hóa và phát triển (nucleation and growth)

5 Đình trệ quá trình phát triển và ổn định hóa các hạt bằng chất bảo vệ keo

6 Kết tủa các hạt keo kim loại cấu trúc nano

Hình 20 Tạo hạt nano kim loại NR4+Cl–- bằng phản ứng điện hóa [Theo 38] Bằng cách sử dụng quá trình tổng hợp điện hóa, có thể tạo ra hạt cầu Pd(0) với kích thước 1 - 6 nm Phương pháp điện hóa đã được áp dụng thành công để chuẩn bị một số organosol và hydrosol kim loại như Pd, Ni, Co, Fe, Ti, Ag, và Au ở quy mô

hàng trăm mg (hiệu suất >95%) [38]

2.5.2 Phương pháp vật lý

2.5.2.1 Các phương pháp cơ học

Nghiền trục cao năng

Có thể sử dụng phương pháp nghiền trục cao năng (high-energy ball milling), còn gọi là bào mòn cơ học (mechanical attrition) để giảm kích thước vật liệu hạt từ vài µm xuống còn 2-20nm Quá trình này chậm và cần nhiều thời gian để đạt được các kích thước nhỏ nhất có thể Ưu điểm của phương pháp này là tương đối rẻ và dễ tăng quy mô để sản xuất lượng lớn vật liệu Thông thường, để tối đa hóa năng lượng bào mòn, người ta sử dụng thép cứng cao phân tử (high-mass hard-steel) Ăn mòn có học cũng tạo ra các vật liệu siêu

ổn định (metastable) Nếu nghiền khi có O2 hoặc N2, có thể tạo thành oxit hoặc nitrit [94]

Mặc dù các nỗ lực thành công trong vài năm trước để tạo ra một lượng lớn các ống nano bằng các phương pháp nhiệt độ cao ở trên, vẫn chưa thể sử dụng phương pháp này quy mô công nghiệp

Hình 21 Thiết bị thí nghiệm tạo ống nano carbon đầu tiên bằng phương pháp cắt bằng laser (a), và MWNT được tạo ra trong các thí nghiệm đầu tiên (b) [Theo 38]

2.5.2.2 Vi định vị không gian

Một số kỹ thuật điện và quang hóa đã được phát triển để tổ chức không gian các phân tử sinh học trên bề mặt với các mục đích sàng lọc hiệu năng cao, kết hợp các mảng điện cực và hóa học Các kỹ thuật này bao gồm in kim, in vi tiếp xúc, in vi kênh, in mạ, in quang hoạt, in áp điện và in vi lỏng Một số kỹ thuật đang được nghiên cứu cũng như một số đã

có giá trị thương mại [62] Dựa trên những nền tảng kỹ thuật này, người ta có thể chế tạo

ra các vi mảng, trên đó các mẫu dò (DNA, protein, peptide, glycan…), mở ra các ứng dụng hết sức đa dạng với hiệu năng cao [62]

Định vị nhờ laser (LAD) là công cụ độc nhất vô nhị để tạo ra các vật liệu film mỏng và đãđược sử dụng thành công để chế tạo các cấu trúc nano [95] Kỹ thuật này cho phép thực hiện các lắp ráp có thứ tự theo sơ đồ đinh trước bằng cách nâng lên một cách vật lý và đặccác phân tử lắp ráp trên bề mặt rắn Kỹ thuật LAD đã được sử dụng để đặt glucose

oxidase trên SDS, riboflavin trên phospholipid và bacteriorhodopsin nhạy sáng (bR) trên chất nền của lipid L-α-distearoyl phosphatidylcholine [96]

2.5.2.3 Tổng hợp trong pha khí

Tổng hợp trong khí trơ là một trong các phương pháp được sử dụng đầu tiên để tạo vật liệu nano Khí trơ hạn chế nguyên tử khuếch tán ra khỏi vùng quanh cơ chất [94] Có nhiều cách tạo vật liệu nano trong khí trơ Có thể tập hợp hạt nano từ một vị trí trong buồng gần nơi tạo ra chúng Thiết bị sử dụng trong phương pháp này này gồm nguồn hơi trong buồng chứa khí trơ (argon hoặc heli) Trong đó xảy ra sự quá bão hòa trên nguồn hơi và các hạt nano được tạo thành Bên trên nguồn hơi là bề mặt kết tụ được làm lạnh bằng Nitơ lỏng Hình 22 là sơ đồ thiết bị dạng này [94], cho phép tạo ra vài gram vật liệu nano trong một lần chạy tùy thuộc năng suất Có thể tạo hạt nano của rất nhiều loại vật liệu khác nhau (bao gồm các oxit) với kích thước 1-100 nm bằng cách này, nhưng nhược

điểm là biến thiên kích thước hạt lớn [38, 94]

Một cách khác là tạo ra chùm hạt nano nhờ dòng khí áp lực Nếu có một dòng khí áp lực,

có thể tập hợp các hạt theo phương ngang một đoạn khá xa từ nơi xuất phát Ưu điểm của phương pháp này là có thể tạo ra một phổ lớn các hạt nano phân bố kích thước hẹp [94]

Hình 22 Sơ đồ thiết bị tạo ra, tập hợp và nén các hạt nano trong khí trơ

2.5.2.4 Hồ quang điện

Hồ quang điện là phương pháp tạo ống nano carbon đầu tiên được công bố và cũng

là phương pháp sản xuất ở quy mô công nghiệp đầu tiên [38] Để sản xuất MWNT,

sử dụng hai điện cực graphite siêu tinh sạch Khi phun hồ quang điện giữa hai điện cực chứa vật liệu trong khí trơ sẽ làm vật liệu chuyển sang trạng thái siêu bão hòa [94] Trong quá trình phát triển, các ống nano được tạo thành và lắng trên cathode; anode xảy ra quá trình ăn mòn liên tục [38] Phương pháp này thường được sử dụng

để tạo ra fullerene (C60) và ống nano carbon Nhiệt độ cao trong hồ quang làm thăng hoa vật liệu [94]

Hình 23 (a) Thiết bị tạo ống nano carbon bằng phương pháp hồ quang điện Mô hình này tạo ra các ống nano carbon nhiều thành khi các que nano tinh sạch được sử dụng tại các điện cực và tạo ra các ống nano đơn thành khi chất xúc tác kim loại được trộn với lõi của anode (b) Ảnh định vị trên cathode; (c) Ảnh TEM của MWNT [Theo 38]

Phương pháp khác gắn các hạt kim loại xúc tác vào điện cực carbon tạo ra SWNT Để thực hiện thí nghiệm này, sử dụng mô hình tương tự của MWNT nhưng lỗ đường kính nhỏ hơn được khoan trong anode và bao gói với một hỗn hợp của chất xúc tác kim loại