Nguyễn Huy Hoàng-tổng quan về công nghệ nano sinh học

Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tổng quan về công nghệ nano sinh học Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Chu Hoàng Mậu Học viên thực hiện : Nguyễn Huy Hoàng Chuyên ngành : Di truyền - K16 Đại học Thái Nguyên Đại học Sư phạm Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Mở đầu 1. Vị trí, tầm quan trọng của công nghệ nano sinh học: Trên thế giới, khoa học và công nghệ nano, là lĩnh vực đa ngành, kết tinh của những thành tựu mới nhất của nhiều ngành khoa học tự nhiên và lĩnh vực công nghệ với nhiều ứng dụng có hiệu quả kinh tế cao. Rất nhiều sản phẩm của ngành khoa học mới mẻ này như: hạt nano, chip sinh học vv… đã được sử dụng trong các lĩnh vực y học, dược phẩm, sinh học vv… đã đem lại hiệu quả kinh tế cao cho đất nước. 2. Hướng nghiên cứu chính: - Chụp ảnh và nghiên cứu tương tác giữa các đơn phân tử sinh học. Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Mở đầu - Màng chức năng tự lắp ráp với các tính chất như xúc tác, quang hoạt,dẫn điện, điện hóa và lọc nước, lọc khí, vi sinh vật. - Động cơ DNA dựa trên lực tạo ra khi lai các trình tự bổ sung với nhau. - Chụp ảnh quá trình vận động của virus, prottein, prion và thuốc trong tế bào sống. - Chuyển gen 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, protein vận động khác, để tạo năng lượng diện và cơ. Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 1. Khái niệm: 1.1. Công nghệ nano: Theo cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (Nasa), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng nanometer (khoảng từ 1 - 100 nm) và khai thác những ứng dụng độc đáo của các sản phẩm này. (http://www.ipy.arc.nasa.gov/nanotechnology.html). Công nghệ nano cũng có thể hiểu là ngành công nghệ dựa trên các hiểu biết về các quy luật, hiện tượng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng ở thang nano ( Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh, 2004). Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 1. 2. Công nghệ nano sinh học: Công nghệ nano được sử dụng để mô tả những vấn đề chung của công nghệ nano và sinh học. Công nghệ sinh học nano cũng có thể được xem là những ứng dụng của công nghệ nano vào lĩnh vực sinh học,tìm kiếm dược phẩm và dẫn chuyển thuốc hướng đích, các vật liệu nano mới, các thiết bị chẩn đoán, trị liệu giúp loại bỏ các thể ngoại lai khỏi cơ thể, sửa chữa tế bào, mô. 2. Phạm vi ứng dụng của công nghệ nano sinh học: Phạm vi ứng dụng của công nghệ nano sinh học rất rộng, từ lĩnh vực y học, dược phẩm, tới các ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp. Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Trong lĩnh vực sinh học, công nghệ nano sinh học được ứng dụng để nghiên cứu bộ gen học (genomics), tin sinh học (bioinformatcs), xác định trình tự gen, tìm kiếm và sàng lọc nhanh dược phẩm vv… Đối với y học, công nghệ nano sinh học được ứng dụng trong các lĩnh vực: tái sinh mô (tissue regeneration), nuôi cấy và sửa chữa các cơ quan (growth and repair of organs), các hệ thống dẫn chuyển và hướng đích dược phẩm (drug-targeting and delivery systems). Trong lĩnh vực dược phẩm, đã tạo ra sự phát triển mạnh mẽ của mảng tìm kiếm dược phẩm. Những triển vọng mới của công nghiệp dược phẩm đã mở ra cùng với sự ra đời và phát triển của công nghệ DNA chip vv… Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Trong các ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp, công nghệ nano sinh học được ứng dụng để bảo quản thực phẩm, chế tạo các màng sinh học nano có thể phân hủy sinh học, trong các kỹ thuật siêu lọc vv… Hình 1. Phạm vi ứng dụng của công nghệ nano sinh học (http://nanobio.kaist.ac.kr) Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 3. Một số thành tựu của công nghệ nano sinh học: 3.1. Các hạt nano - vector dẫn chuyển hướng đích dược phẩm: Các thiết bị giải phóng dược phẩm thông minh (biểu hiện hoạt tính của dược phẩm ở những vị trí đích nhất định) trên cơ sở là các hạt nano là một trong những dòng sản phẩm chính của ngành khoa học tiềm năng này (Lawrence, 2002). Các hạt nano là những hạt keo rắn có kích thước từ 10nm đến 1000 nm. Các hạt nano này có những đặc tính quý như: kích thước siêu nhỏ, độ bền cao và có khả năng thay đổi các đặc tính bề mặt của chúng một cách dễ dàng Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Ba loại vector chính được sử dụng trong hệ thống dẫn chuyển dược phẩm là liposome (phospholipid), nanosphere (polymer có thể phân hủy), nanocapsule (pha nước hoặc dầu bao bọc bởi polymer có thể phân hủy). Trong đó hai loại vector sau chính là các hạt nano. Các hạt nano là những vector lý tưởng vì: nó là thể mang có khả năng tăng cường sự tuần hoàn máu, với kích thước đủ nhỏ để có thể tiếp xúc được với các mô và tế bào gốc, và có tính linh hoạt cao, có thể áp dụng cho nhiều loại bệnh, và có thể dẫn chuyển phần có hoạt tính vào trong tế bào. Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Bên cạnh đó, trong y học, các hạt nano từ cũng được sử dụng để đánh dấu tế bào đích. Các hạt nano này được bọc một lớp chất tương hợp sinh học rất mỏng và được xử lý hóa sinh bề mặt tạo khả năng liên kết với một loại tế bào đích nào đó, ví dụ tế bào ung thư (Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh, 2004). 3.2. Chip sinh học: Chip sinh học được xây dựng trên cơ sở chuyển một phản ứng sinh học thành một tín hiệu điện tử và bao gồm: DNA chip, protein chip, chip tế bào, sensor sinh học, lab on chip, thiết bị điện tử sinh học, chip có thể cấy ghép vv… (http://nanobio.kaist.ac.kr). [...]... có công trình nào nghiên cứu về công nghệ nano sinh học Đối với các nhà công nghệ sinh học, còn cần có thời gian để làm quen Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Kết luận Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng đây còn là công nghệ mới, đang được tiếp tục nghiên cứu Vì vậy việc ưu tiên phát triển và ứng dụng khoa học và công nghệ. .. nghệ nano, đặc biệt là công nghệ nano sinh học theo hướng có chọn lọc là một yêu cầu cấp bách hiện nay, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tài liệu tham khảo 1 Chu Hoàng Mậu, Bài giảng Một số vấn đề sinh học hiện đại, 2009 2 www.ebook4u.vn 3 www.sinhhocvietnam.com 4 http://nanobio.kaist.ac.kr... cứu công nghệ DNA tái tổ hợp tại Việt Nam: Ở nước ta, với sự đầu tư của nhà nước, từ năm 1998, một số nghiên cứu trong lĩnh vực nano đã được triển khai Đặc biệt từ năm 2004, hướng nghiên cứu trọng điểm khoa học và công nghệ nano trong chương trình Nghiên cứu cơ bản về khoa học tự nhiên giai đoạn 2004 - 2006 với kinh phí 300.000$ sẽ thúc đẩy sự nghiên cứu, ứng dụng công nghệ nano ở Việt Nam (http://nanotechwire.com/news.asp?,... bạch cầu Điện cực sinh học nano cũng được dùng để phát hiện nitric oxide qua tín hiệu huỳnh quang của cytochrome c9 hoặc cytochrome c’ (biến thể của cytochrome c trong đó nhóm heme được gắn với hai cysteine) đánh dấu huỳnh quang Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 3.10 Phân tách các cấu tử sinh học Một ứng dụng... tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Hình 2 Lab on chip Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Hình 3 DNA chip Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 3.3 Sensor sinh học: Tất cả sensor sinh học đều dựa vào đặc tính nhận dạng đặc hiệu mức độ cao để phát hiện các đích cần phân tích và chứa một đế phù hợp để gắn mẫu dò Đối với các ứng dụng sensor sinh học, các... mẫu mô khác nhau Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 3.5 Xác định tế bào ung thư bằng hạt nano Tháng 7-2008, Đại học Brown (Mỹ) đã tạo được hạt nano từ hạt oxit sắt nhỏ bé để giúp tìm các tế bào ung thư bằng phương pháp cộng hưởng từ Các hạt nano này có kích thước 8,4 nanometre được tiêm vào bệnh nhân và khi đến... tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Hình 5 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) Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 3.7 Chẩn đoán và điều trị Các cảm biến sinh học nano được sử dụng thành công trong... Các cảm biến nano sợi quang của Vo-Dinh và cộng sự được chế tạo thành công để đo nồng độ benzoa-pyrenetetrol (BPT) trong bào tương của tế bào ung thư vú của người và tế bào biểu mô gan chuột Điện cực sinh học nano dùng enzyme để phát hiện gián tiếp glutamate (chất truyền dẫn nơron quan trọng trong hệ thần kinh trung ương) một cách liên tục đã được chế tạo thành công, trong đó thụ thể sinh học là glutamate... được kết hợp dường như là khả thi Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung Li và cộng sự đã tạo ra và dùng nanobarcode để phát hiện DNA của một số loại sinh vật gây bệnh dựa trên tín hiệu huỳnh quang với độ nhạy (attomole) và tốc độ phát hiện rất cao Công nghệ phát hiện DNA đã được Chad Mirkin và đồng sự phát triển... lượng thích hợp trong âm đạo kìm hãm ngay lập tức sự nhiễm HIV mà không gây độc Tiểu luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 3.9 Phát hiện-xác định cấu tử sinh học: Nhóm của Lee đã phát triển các tụ điện rỗng nano (nano- gap capacitors) (không gian điện cực 50 nm) với mẫu dò ssDNA cố định trên bề mặt điện cực Các tính chất . đề chung của công nghệ nano và sinh học. Công nghệ sinh học nano cũng có thể được xem là những ứng dụng của công nghệ nano vào lĩnh vực sinh học, tìm kiếm dược phẩm và dẫn chuyển thuốc hướng. luận môn Một số vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Nội dung 1. 2. Công nghệ nano sinh học: Công nghệ nano được sử dụng để mô. vấn đề Sinh học hiện đại Nguyễn Huy Hoàng - Di truyền K16 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tổng quan về công nghệ nano sinh học Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Chu Hoàng Mậu Học viên