NHỮNG ĐIỀU KÌ DIỆU CỦA VẬT LIỆU NANO

Chúng ta có thể biết vật liệu Nano có những ứng dụng rất quan trọng trong quang học, điện học, quang điện tử…Những năm gần đây các thiết bị đợc chế tạo nhờ công nghệ Nano đã gây ra những

Mục lục trang

Phần ii : nội dung 3

1 Những điều kỳ diệu của công nghệ Nano 3

2 Sự ra đời của các thiết bị “nano Y học“ 5

3 Một số loại hạt tải thuốc nano thông dụng trên thị 6 trờng hiện nay: 4 Chức năng săn lùng tế bào ung th 7

5 Những cải biến mới của hạt tải thuốc nano 8

6 Nguy hiểm tiềm tàng 12

Phần III : tài liệu tham khảo 13

Phần I Mở đầu

Cách đây khoảng 20 năm Eric Đrexler là nhà khoa học ngời Mỹ đã tiên

đoán rằng, trong thế kỷ XXI sẽ xuất hiện những loại vật liệu Nano thông minh dùng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, nh loại sơn tờng thay đổi màu sắc theo mùa, theo nhiệt độ và theo ý thích của con ngời, nhữnần chiếc máy truyền hình mỏng nh tờ giấy có thể cuộn lại treo bất cứ ở đâu…nghe

đến đây có nhiều ngời cho rằng đây là những ý tởng mang tính viễn tởng,

không thể nh thế đợc ! Càng nghiên cứu,tìm hiểu về công nghệ na nô, chúng ta sẻ đi từ bất ngờ này đến bất ngờ khác…Thật không thể tin đợc!

Vật liệu Nano một loại vật liệu hoàn toàn mới lạ đối với con ngời với những tính năng u việt mà tất cả những vật liệu khác không thể có đợc Chúng ta có thể biết vật liệu Nano có những ứng dụng rất quan trọng trong quang học, điện học, quang điện tử…Những năm gần đây các thiết bị đợc chế tạo nhờ công nghệ Nano đã gây ra những đột phá vô cùng to lớn trong lĩnh vực y tế, nh những thiết bị Nano đa vào mạch máu có chức năng thu hồi cholestend tiêu diệt vi rút và các tế bào ung th Các phân tử Nano cấy vào cơ thể còn có tác dụng kích thích, phục hồi chức năng bộ phận bị tổn thơng của cơ thể Chính sự mới lạ và tính năng u việt đó là lý do tôi chọn đề tài này

Phần II : nội dung

Vật liệu Nano trong y học hiền mẫu hay tử thần ?–

1 Những điều kỳ diệu của công nghệ Nano.

Bạn vô ý đánh đổ cốc cà phê lên chiếc quần mới vừa là ngay ngắn để chuẩn bị chờ khách đến làm việc hay chuẩn bị đi dự một hội nghị quan trọng Chẳng còn cách nào khác: bạn phải vội vàng tìm chiếc quần khác để thay !"bạn có thể khắc phục đợc những tình huống nh thế, mà không cần thay đổi quần khác " Đó là lời quảng cáo của công ty schocllel textil, một doanh nghiệp thủy sỹ đã áp dụng công nghệ nano có tên NanoSphere vào sản xuất các loại vải có bề mặt đợc tráng một lớp phân tử nano, có khả năng không cho các phân tử của các loại vật thể khác bám vào nh nớc, càphê, mật ong, dầu mỡ, sơn, bụi…khi vô tình quần áo bạn bị vơng bẩn một ít sơn

hay dầu mỡ…bạn chỉ cần dủ mạnh dấy ăn hay phủi mạnh là sạch, không cần bạn phải dặt dủ

Tại Mỹ xuất hiện công ty Nano – tex chuyên áp dụng công nghệ phủ Nano cho các loại vật liệu để sản xuất túi xách, ba lô du lịch và các loại vải bọc ghế hay ga trải dờng

Các trung tâm nghiên cứu quốc phòng tại Mỹ , Nga và Trung Quốc

đang đẩy mạnh phát triển công nghệ nano cho mục đích quân sự, nh tạo ra vật liệu nano mới có độ bền cao, kết hợp với nhiều chức năng những bộ quân phục và trang bị nano cho phép ngời lính giảm đợc 10 kg quân trang Những bộ cảm biến nano trong quân phục cho phép phát hiện và khử các hóa chất độc hải xung quanh, có chức năng thu nhận và truyền phát các dữ liệu Trong trờng hợp bị thơng, những bộ quần phục nano có khả năng tự băng bó vết thơng hay sát trùng hay thông báo tình trạng sức khỏe của ngời lính cho trung tâm chỉ huy

Mới đây các nhà khoa học Balan thuộc viện nhiệt độ thấp và nghiên cứu cấu trúc tại thành phố Wroclow đã chế tạo đợc loai vải nano chứa bạc

có khả năng tiêu diệt các loại vi khuẩn và nấm gây hại, loại vải nano này ngoài việc may trang phục cho quân đội còn có thể may các bao chứa bảo quản thực phẩm, các chất hữu cơ, các túi chứa máu hay nớc tiểu để xét nghiệm bảo đảm vô trùng tuyệt đối

Theo nhận định của giáo s Wieslawstrek thuộc viện hàn lâm khoa học Hàlan trong tơng lai gần, công nghệ nano sẽ có bớc tiến mới trong sản xuất các loại vải nano với nhiều tính năng u việt, nh không thấm nớc, hút

ẩm, thông thoáng nh sợi vải bông tự nhiên không bám bụi không gây vết bẩn Trong lĩnh vực thể thao sẽ xuất hiện những loại dày thể thao nhẹ, có

độ nhún mà ngời đi không cảm nhận đợc mình đang đi dày, những trái bóng

có độ bền cao, những loại vợt tennis và gậy chơi gol nhẹ bền và thông minh

Nhờ có công nghệ nano chúng ta ngày càng có những bộ vi xử lý vi tính nhanh hơn, nhỏ hơn, các đầu đọc laze trong các thiết bị nghe, nhìn và các thiết bị cáp quang cho phép tải những khối dữ liệu xa hàng triệu km chỉ trong nháy mắt

Đến những năm đầu thế kỷ XXI, các thiết bị đợc chế tạo nhờ công nghệ nano đã gây ra một sự đột phá vô cùng to lớn trong lĩnh vực Y Tế, bớc

đột phá to lớn đó nh thế nào chúng ta cùng tìm hiểu nhé !

2 Sự ra đời của các thiết bị “nano Y học“.

Y học nano là một áp dụng của công nghệ nano vào y học cho việc phòng bệnh, chuẩn đoán và điều trị bằng cách dùng vật liệu nano để thao tác lên các hệ thống sinh học ở mức tế bào hay xuống thấp hơn ở mức độ phân tử

Hiệu lực của các loại dựơc liệu thờng bị giới hạn bởi tính không phân biệt giữa tế bào bình thờng và tế bào bệnh, ít hòa tan, dễ bị thải ra khỏi cơ thể và gây tác dụng phụ Tải thuốc đến các tế bào ung th trong hóa trị liệu là một đề tài đợc nghiên cứu nhiều nhất, thuốc để kháng ung th hiện nay không những diệt các tế bào ung th mà còn tiêu hủy các tế bào khỏe mạnh

Sự hủy diệt bừa bãi theo cơ chế "bom rãi thảm" không những phải trị liệu với liều thuốc rất cao mà còn mang đến nhiều tác dụng phụ cho bệnh nhân

Để khắc phục điểm này và lợi dụng vào sự khác biệt về lý tính, hóa tính giữa tế bào bình thờng và tế bào ung các nhà khoa học đã thiết kế, chế tạo

ra các hạt tải thuốc nano với kích cỡ tối u, vừa có "bổ cảm ứng" biết cảm nhận, phân biệt tế bào bệnh, vừa có bộ phận đóng mở biết dữ và nhã thuốc

khi ở trong môi trờng co pH hay nhiệt độ thích hợp ( các tế bào ung th có nhiệt độ cao hơn, giá trị pH thấp hơn )

Các hạt tải thuốc nano có thể kết hợp với các phân tử thuốc ở vỏ hoặc chứa bên trong hạt :

Hình 1:Phân tử thuốc đợc kết hợp (1) ở vỏ hạt hoặc (2) đợc chứa bên trong

hạt

3.Một số loại hạt tải thuốc nano thông dụng trên thị trờng

- Hạt liposome : Là một loại hạt có vỏ kép đợc thiết kế có tính thân nớc (hydrophilic) ở bề mặt trong và ngoài để có thể di chuyển trong môi tr-ờng sinh học và chứa các phân tử thuốc ở dạng dung dịch

Hình 2 : Cấu trúc Liposome và phân tử thuốc( )

Chất béo ghét nớc Bề mặt thích Nớc

Vỏ phóng đại

Phân tử thuốc

- Hạt polymer : Polymer là vật tải thuốc có chức năng giống Lyposome nhng có cấu trúc đơn giản hơn Các polimer kết tập thành các Mixen

có tính tơng thích sinh học và phân hủy sinh học

- Hình 3 Cấu trúc Polimer và phân tử thuốc( )

4 Chức năng săn lùng tế bào ung th.

- Khi đợc đa vào cơ thể hạt Nano tải thuốc sẽ theo hệ tuần hoàn qua các mạch máu để đi đến mục tiêu ngời ta lợi dụng sự khác biệt giữa vùng mô bình thờng và khối u ung th ( tế bào của vách huyết quản trong vùng mô khỏe mạnh có sự liên kết rất khít khao, trong khi đó những khoảng hở nm xuất hiện ở vách huyết quản của khối u ung th) Phân tử thuốctự do có thể xuyên vách qua sự thẩm thấu và khuếch tán tự nhiên, tác dụng và hủy diệt

tế bào tốt lẫn tế bào ung th không phân biệt Ngợc lại, khi thuốc bị gói trong hạt tải nano độ lớn của hạt không cho nó đi qua vách huyết quản, nhng có thể chui lọt qua những khoảng hở đi vào khối u ung th

Hình 4 Sự di động của phân tử thuốc và hạt tải thuốc trong huyết quản (1)Huyết quản mô tế bào bình thờng và (2)Huyết quản mô tế bào ung th

1 2

Phân tử thuốc

Vách huyết quản

Hạt nano tải thuốc

5 Những cải biến mới của hạt tải thuốc nano.

- Khi hạt nano tải thuốc vào cơ thể làm thế nào để xác định đợc vị trí các hạt đi đâu về đâu ? làm thế nào để hạt nano tải thuốc tìm đến

đúng vị trí của khối u, nhả thuốc tấn công tiêu diệt khối u ? một cải biến gần đây mang tính đột phá là việc kết hợp phân tử sinh học và hạt nano phát quang vào bề mặt liposome,cho ra một loại vật liệu phức hợp nano đa năng các phân tử sinh học có chức năng bán vào tế bào ung th nhng không tác dụng với tế bào khỏe mạnh vật liệu phức hợp nano này vừa có thể phát quang tạo ảnh,vừa tìm kiếm, kết nối với tế bào ung th và nhả thuốc tấn công mục tiêu Việc phát quang tạo ảnh, giúp ngời quan sát tế bào ở những vùng bên trong cơ thể và

-ớc lợng đợc mất độ tập kết và phân bố cửa liposome tại một “địa chỉ

”nào đó

- Hình 6 Phân tử sinh học ( ) và hạt nano phát quang ( ) đợc kết hợp trên bề mặt hạt Liposome

- Cùng một phơng pháp cái biến bề mặt tơng tự, ống than Nano đã đợc sử dụng thay cho liposome ống than Nano có đờng kính vài nm đến vầi chục

nm Thuốc chống ung th đợc chứa bên trong ống than nano, bề mặt ống than đợc xử lý với polime, và trên đó có gắn hạt phát quang CdS

Chỉ bám lên tế bào ung th , không bám lên tế bào bệnh

Hình 7 ống than nano kết hợp với hạt nano phát quang trên phần vỏ

và chứa thuốc chống ung th trong phần ruột

- So với liposome lá hạt tại thuộc thông dụng hiện nay, ông than Nano

có tiền năng tại thuốc và nhả thuốc có hiệu quả nhờ hiệu ứng xuyên thủng màng tế bào

• một cái biến mới nhất ngời ta dùng hạt nano vàng và một thay thế cho hạt phát quang của hợp chất Cadmium vì vàng không có độc tính, ngoài

ra bề mặt nano vàng có thể kết hợp với phân tử thuốc, phân tử sinh học AND, các loại photêin, các loại enzin …

Các hạt nano vàng có khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng, hiện tợng

đặc biệt này là do hiện tợng cộng hởng plasmon bề mặt (SPR)

• giáo s El-sayed và cộng sự đã tận dụng sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng qua SPR của hạt nano của hạt nano vàng để quan sát, chuẩn đoán tế bào ung th miệng

• Nhóm nghiên cứu tại Riceunvesity(Mỹ) đã phủ vàng lên hạt nano Silica(SiO2) Tạo ra hạt lai nano này vừa phát quang cho việc tảo ảnh mô tế bào, vừa phát nhiệt cho việc trị liệu ung th

- Tiến xa hơn nữa, nhóm nghiên cứu giáo s Hyeon tại đại học Seoul Hàn Quốc, cải biến thêm bề mặt silica trong đó hạt nano siêu từ tính Oxit sắt đựơc kết hợp, sau đó phủ vàng, tạo ra một bề mặt phức hợp đa năng, bề mặt phức hợp này có 2 tác dụng trên tế bào ung th : lớp phủ vàng hấp thụ tia hồng ngoại cho việc trị liệu nhiệt và hạt nano oxit sắt công dụng gia tăng

t-ơng phản cho pht-ơng pháp tạo ảnh từ hạch MRI

Hạt phát quang Qđ

Vỏ plasma polymer ống than

nano

Thuốc chống ung

th

Hình 8 Bề mặt phức hợp của hạt nano silicat – (1) hạt nano silica trần; (2) đợc kết hợp với hạt oxit sắt và(3) phủ bởi lớp nano vàng

1 2 3

Một phát minh mới của nano vàng là ngời ta chế tạo ra que nano vàng SPR rất hiệu quả trên bề mặt của que nano vàng còn hơn cả hạt nano

đặc điểm quan trọng của vật liệu nano kim loại là có nhiệt độ nóng chảy tùy thuộc vào kích thớc Vàng khối có T0nc = 10640c, nhng sẽ giảm nhanh tới

2000c hoặc thấp hơn khi hạt nano chỉ chứa vài nguyên tử vàng, khi hấp thụ tia laze que nano nóng chảy co lại thành dạng hình cầu Một nhóm ngiên cứu tại đầi loan lần đầu tiên áp dụng sự biến hình này để tải phân tử DNA vào tế bào DNA đựơc kết hợp với que nano vàng và dới tác dụng của tia hồng ngoại que biến thành hình hạt và trong quá trình này DNA đợc phóng thích vào tế bào chất

Hình9 phân tử DNA kết hợp với que nano vàng và cho vào tế bào

6 Tác hại của vật liệu nano.

Bên cạnh những ứng dụng to lớn của y học nano cho thành quả vợt bậc bất ngờ, thì còn có những nguy hiểm ẩn chứa của sản phẩm nano vẫn còn mù mờ và cha đợc hiểu cặn kẽ

Tuy có tơng lai tốt đẹp, song công nghệ nano đang từng bớc đi vào cuộc sống Giáo s ngời mỹ Jeff Harrow, chuyên gia công nghệ nano buồn bả giải thích "Từng bớc bởi vì có nhiều nhà khoa học và hoạt động xã hội cho rằng, đây là một lĩnh vực công nghệ không an toàn cho con ngời " các ngiên cứu gần đây của nhà độc học Eva- Oberdorster tại dallas cho thấy, thả các phân tử nano vào bể cá cảnh, chỉ sau 48 tiếng đồng hồ, nảo của những con cá đều bị tổn thơng nghiêm trọng, và hoạt động của một số gen cá cũng

bị biến đổi "Điều gì sẽ xảy ra khi những phân tử nano xâm nhập không kiểm soát vào cơ thể con ngời" ông Bolphelps giám đốc Gene Ethics tuyên

bố rằng : "Mỗi loại phân tử nano đều có thể gây hại nh chất Amiăng ! Do

đó 25% đầu t cho công nghệ nano phải đợc dùng cho ngiên cứu những rủi

ro về sức khỏe và môi trờng do nano gây ra" Theo các chuyên gia Thụy Sỹ thì các phân tử nano có thể gây hại cho các mô bằng cách qua các phản ứng hóa học, và tiêu diệt các tế bào tiêu độc của cơ thể, do đó chúng có thể làm

tê liệt hệ miễn dịch, gây dị ứng và rối loạn quá trình trao đổi Enzime ống than nano là một ví dụ điển hình : ống than nano vỏ đơn đã đợc khảo sát cho thấy, vật liệu này mang tác dụng nh cây kim nano có thể xuyên thủng màng tế bào để tải thuốc và vacxin

Tiềm năng này mở ra một cơ hội trong việc phát triển phơng pháp trị liệu mới kể cả trị liệu ung th Tuy nhiên một số bài báo gần đây công bố một kết quả quan trọng gây sốc trong cộng đồng nghiên cứu nano Tác giả

nano vào mô phổi của chuột Kết quả cho thấy phân tử ống than nano vô

đơn có tác dụng phát viên giống nh sợi Asbestos Phát viên biểu hiện triệu chứng đầu tiên đa đến ung th

Trong một bài báo của tác giả Đinh Văn Cơ ( tri thức trẻ, số 195- ra ngày 20/12/2006 ) ông cho rằng công nghệ nano là một trong chín tai họa lớn trong tơng lai : theo bài báo cho rằng bên cạnh những kết quả kỳ diệu

mà kỹ thuật nano có thể mang lại cho con ngời thì chúng còn tiềm ẩn những tai họa khôn lờng Những con rô bốt nano có đặc tính nổi bật là có thể tự phục chế, chúng có thể chuyển đổi tất cả những vật thể mà nó xuyên qua thành vật chất nano, điều đó thật không tốt lành gì với con ngời, vì chúng ta chẳng có thể làm gì đợc về mặt này

Tài liệu tham khảo.

1 Bớc tiến mới vào cuộc sống của công nghệ Nano - Phạm Quang Thiều ( 11/ 2006)

2 Chín tai họa lớn trong tơng lai ( tri thức trẻ số 195 – 20/12/2006 )

3 Vật liệu Nano trong y học Trơng Văn Tân

4 Các bài báo về "công nghệ Nano" của tiến sỹ Nguyễn Chánh Khê giám đốc trung tâm R & D ( khu công nghệ cao TP HCM )