Nghiên cứu mô hình vật lý của virut

Nghiên cứu mô hình vật lý virut Bùi Thị Lệ Quyên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý lý thuyế t – Vâ ̣t lý toán; Mã số: 60 44 01 Người hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Ái Việt Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Tổng quan virut, hình thái, cấu trúc đặc tính virut Nghiên cứu mô hình lý thuyết Ohshima cho hạt nanô xốp: phương trình Poisson – Boltzman; Donnan; độ linh động điện chuyển hạt nanô xốp Tìm hiểu mô hình bề mặt đơn giản virut qua kết thực nghiệm thực khuẩn thể MS2; mô hình Ohshima; mô hình mật độ điện bề mặt hiệu dụng; gần Padé; gần Padé mở rộng Keywords: Vật lý lý thuyết; Vật lý toán; Mô hình vật lý; Virut Content Từ nửa cuối kỉ XX khoa học phát triển mạnh theo định hướng kết hợp Thông thường, ngành khoa học có đối tượng riêng, hệ thống khái niệm riêng, phương pháp riêng quy luật riêng Trong giai đoạn kết hợp, tìm đường phát triển tiếp theo, không ngành khoa học tìm cách ứng dụng khái niệm, phương pháp, quy luật lên đối tượng vốn truyền thống nghiên cứu ngành khoa học khác Hoá sinh, lý sinh ngành hình thành theo xu hướng ấy, ngành khoa học độc lập mang đặc trưng liên ngành hay giao ngành Và thực tế, ngành khoa học đem lại hiểu biết mẻ sống, để sở đem lại tiến quan trọng y học Lý sinh xâm nhập cách hệ thống trọn vẹn vật lý vào sinh học Trong giai đoạn đầu, nhìn chung vật lý lấy giới không sống làm đối tượng nghiên cứu Nhưng ngày sống trở nên thách thức lớn lao, niềm khao khát khám phá mãnh liệt, khiến nhà vật lý không lưu tâm Sự sống có tuân theo quy luật vật lý hay không, có, hình thức thể có khác với vật lý thông thường? Mặt khác, nhà sinh vật học, tìm hiểu quy luật sống, bắt đầu tìm kiếm hỗ trợ khái niệm phương pháp vật lý Cuốn sách nhỏ Schrodinger, nhà vật lý tiếng mà tên tuổi trở thành vật lý lượng tử, mang tên gọi sinh vật: “Sự sống gì?”, bước mở đầu Xa nghiên cứu chuyển động máu hệ tuần hoàn, chế hấp thụ âm hay ánh sáng thể sống từ kỉ XVII… Đến kỉ XX, hình thành đầy đủ học thuyết sinh học phóng xạ, lượng sinh vật học, quang sinh học… Các kỹ thuật bao gồm phương pháp phân lập, tinh virut, xác định đặc điểm hoá sinh virion, phương pháp huyết học đặc biệt đời kính hiển vi điện tử giúp mô tả hình thái nhiều loại virut khác Bản luận văn theo hướng liên ngành nói Ở nghiên cứu mô hình vật lí virut với mong muốn đưa kết đơn giản so với mô hình virut trước tác giả khác Trong luận văn tìm hiểu mô hình virut Ohshima, xây dựng mô hình mật độ điện bề mặt hiệu dụng dùng phương pháp gần Padé để tìm phân bố bề mặt virut Và kết thu hi vọng đáp ứng tốt mong muốn nhà nghiên cứu thực nghiệm Luận văn gồm phần mở đầu, chương nội dung, kết luận tài liệu tham khảo Phần mở đầu giới thiệu cách khái quát đối tượng nghiên cứu, phương pháp mục đích nghiên cứu luận văn Chương I: Tổng quan virut Chương II: Mô hình lý thuyết Ohshima hạt nanô xốp Chương III: Mô hình bề mặt đơn giản virut Phần kết luận khái quát lại kết thu luận văn so sánh phù hợp với kết đưa gần Padé mở rộng có tính tổng quát CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VIRUT 1.1 Lịch sử nghiên cứu virut "Virut" từ lâu dùng để chất độc ví nọc độc rắn sau để nhân tố gây bệnh dịch nhiễm trùng Vào cuối kỉ 19 người ta phân lập nhiều loại vi khuẩn chứng minh chúng gây nhiều loại bệnh dịch Nhưng có số bệnh dịch lại không vi khuẩn gây dịch lở mồm, long móng huỷ hoại da động vật, đậu mùa, viêm não, quai bị mà nguyên nhân lại virut [1] Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley kết tinh hạt virut gây bệnh đốm thuốc (TMV) Rồi sau TMV nhiều loại virut khác quan sát kính hiển vi điện tử Như nhờ có kỹ thuật màng lọc đem lại khái niệm ban đầu virut sau nhờ có kính hiển vi điện tử quan sát hình dạng virut, tìm hiểu chất chức chúng [1] Ngày virut coi thực thể chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước siêu nhỏ có cấu tạo đơn giản, gồm loại acid nucleic, bao vỏ protein Muốn nhân lên virut phải nhờ máy tổng hợp tế bào, chúng ký sinh nội bào bắt buộc Virut có khả gây bệnh thể sống từ vi khuẩn đến người, thủ phạm gây thiệt hại nặng nề cho ngành chăn nuôi, gây thất bát mùa màng cản trở ngành công nghiệp vi sinh vật [9] Từ thập kỷ cuối kỷ XX trở lại ngày xuất dạng virut lạ người, động vật mà trước y học chưa biết tới, đe doạ mạng sống người Sau HIV, SARS, Ebola, cúm A H5N1 loại xuất để gây tai hoạ cho người Mặt khác, có cấu tạo đơn giản có genom nhiều kiểu với chế chép khác hẳn thể khác nên virut chọn mô hình lý tưởng để nghiên cứu nhiều chế sinh học mức phân tử dẫn đến cách mạng sinh học cận đại: Sinh học phân tử, di truyền học phân tử Vì lý việc nghiên cứu virut đẩy mạnh trở thành ngành khoa học độc lập phát triển [1], [7] 1.2 Các định nghĩa virut Người ta định nghĩa virut theo nhiều cách: 1.2.1 Định nghĩa theo kích thƣớc Độ lớn virut có kích thước kính hiển vi, có nghĩa có kích thước nhỏ phân biệt kính hiển vi quang học Kích thước virut khác nhiều so với vi khuẩn Kích thước virut lớn 400nm nhỏ 13nm - 20nm Đo kích thước virut tương đối dễ dàng xác Đối với virut có kích thước lớn đo kính hiển vi thường, phương pháp nhuộm màu, loại virut có kích thước nhỏ đo quan sát kính hiển vi điện tử Độ lắng virut tỉ lệ với kích thước virut, phụ thuộc vào số yếu tố khác nhiệt độ môi trường, độ nhớt, tốc độ quay kích thước trục quay 1.2.2 Định nghĩa theo sinh sản Virut có khả sinh sản nghĩa từ phần virut xuất thành 10 - 100 phần Quá trình sinh sản virut xảy bên tế bào Mỗi virut sinh sản đặc biệt nơi khác Nó khả sinh sản tế bào sống Virut sinh sản loại tế bào khác Chúng nhờ tế bào vật chủ để tạo virut 1.2.3 Định nghĩa theo gây bệnh Virut sau chui vào tế bào vật chủ gây trình nhiễm bệnh Dấu hiệu tế bào bị bệnh khác với tế bào bình thường cấu trúc kháng nguyên Tế bào sau bị virut xâm nhập trở thành nguyên liệu virut Một thể định có nhiều tế bào bị hỏng xuất dấu hiệu bệnh 1.2.4 Định nghĩa theo nhiễm Virut tác nhân mang, ta tách virut từ tế bào mang đến tế bào khác khả không làm Ở quan sinh sản bình thường khả chui vào tế bào Virut tính chất nhiễm vi khuẩn tác nhân vật lí, hoá học, tia tử ngoại, ester , glycerin lại làm tăng hoạt động virut 1.2.5 Định nghĩa mặt di truyền Virut cá thể nhân lên cho cá thể đồng thời xuất đặc điểm di truyền Thường gặp tự nhiên hay thí nghiệm xuất thích nghi virut đến vật chủ định Ví dụ lực vật chủ động vật định, chất lượng kháng nguyên, khả gây bệnh hay miễn dịch Tóm lại: Virut vật thể có kích thước kính hiển vi, cảm ứng tế bào sống, có tính chất di truyền, nhiễm gây nhiễm Hay nói cách khác: Virut có kích thước nhỏ bé, kí sinh nội bào, có khả gây bệnh, kí sinh mức độ di truyền [1] 1.3 Hình thái, cấu trúc đặc tính virut 1.3.1 Cấu tạo Tất virut có cấu tạo gồm hai thành phần bản: lõi acid nucleic (tức genom) vỏ protein gọi capsid, bao bọc bên để bảo vệ acid nucleic Phức hợp bao gồm acid nucleic vỏ capsid gọi nucleocapsid hay xét thành phần hoá học gọi nucleoprotein Đối với virut ARN gọi ribonucleoprotein Genom virut ADN ARN, chuỗi đơn chuỗi kép, genom tế bào ADN chuỗi kép, tế bào chứa hai loại acid nucleic, ADN ARN [11] 1.3.2 Vỏ capsid Capsid vỏ protein cấu tạo đơn vị hình thái gọi capsome Capsome lại cấu tạo từ đơn vị cấu trúc gọi protome - Cấu trúc đối xứng xoắn Hình 1.1:1.2: Kích thước củacủa mộtvirut số virut điển hình Hình Cấu trúc đốihình xứngthái xoắn Sở dĩ virut có cấu trúc capsome xếp theo chiều xoắn acid nucleic Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính chu kỳ lặp lại nucleocapsid khác Cấu trúc xoắn thường làm cho virut có dạng hình que hay hình sợi ví dụ virut đốm thuốc (MTV), dại (rhabdo), quai bị, sởi (paramyxo), cúm (orthomyxo) Ở virut cúm nucleocapsid bao vỏ nên quan sát kính hiển virut điện tử thấy chúng có dạng cầu  Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt Hình 1.3: Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện Ở virut loại này, capsome xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh 12 đỉnh Đỉnh nơi gặp cạnh, thuộc loại gồm virut adeno, reo, herpes picorna Gọi đối xứng so sánh xếp capsome theo trục Ví dụ đối xứng bậc 2, bậc 3, bậc 5, ta xoay với góc 1800 (bậc 2), 1200 (bậc 3) 720 (bậc 5) thấy cũ  Virut có cấu tạo phức tạp Một số virut có cấu tạo phức tạp, điển hình phage virut đậu mùa Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng xoắn Phage T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống tinh trùng, phage T lẻ (T3,T7) có đuôi ngắn, chí có loại đuôi Hình 1.4: A- Sơ đồ virut hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virut khảm thuốc lá) Capsome xếp theo chiều xoắn acid nucleic B- Sơ đồ virut đa diện đơn giản Mỗi mặt tam giác Đỉnh cạnh hợp lại Mỗi cạnh chứa capsome C- Sự đối xứng hình đa diện thể quay theo trục bậc (1800), bậc (1200) bậc (720) [12] 1.3.3 Vỏ Một số virut có vỏ (envelope) bao bọc vỏ capsid Vỏ có nguồn gốc từ màng sinh chất tế bào virut theo nảy chồi Vỏ có cấu tạo gồm lớp lipid protein Lipid gồm phospholipid glycolipid, hầu hết bắt nguồn từ màng sinh chất (trừ virut pox từ màng Golgi) với chức ổn định cấu trúc virut Protein vỏ thường glycoprotein có nguồn gốc từ màng sinh chất, nhiên mặt vỏ có glycoprotein virut mã hóa gắn trước vào vị trí chuyên biệt màng sinh chất tế bào, sau trở thành cấu trúc bề mặt virut Ví dụ gai gp 120 HIV hay hemaglutinin virut cúm, chúng tương tác với receptor tế bào để mở đầu xâm nhập virut vào tế bào Hình 5: Cấu tạo virut có vỏ 1.3.4 Protein virut  Các phƣơng pháp nghiên cứu protein virut Trước hết cần phải tách chúng khỏi tế bào Điều thực nhờ hàng loạt bước ly tâm tách, tiếp ly tâm theo gradient nồng độ saccaroza Ly tâm gradient nồng độ saccaroza thường cho kết thể băng (band) rõ nét vị trí đặc thù gradient Các băng dùng cho nghiên cứu Thông thường để nghiên cứu virion đánh dấu đồng vị phóng xạ, người ta dùng hàng loạt kỹ thuật điện di gel polyacrylamit, western Blotting (phản ứng với kháng thể) Việc xác định trình tự gen việc dự đoán acid amin giúp hiểu cấu trúc chức chúng  Các loại protein virut Protein virut tổng hợp nhờ mARN virut riboxom tế bào Tuỳ theo thời điểm tổng hợp mà chia thành protein sớm protein muộn Protein sớm gen sớm mã hoá, thường enzym (protein không cấu trúc) protein muộn gen muộn mã hoá, thường protein cấu trúc tạo, nên vỏ capsid vỏ Tính tự nhiên virut Virut khác kích thước, hình dạng thành phần hoá học Một số virut chứa ARN, số khác chứa ADN Một số loại virut chứa loại protein nhiều virut chứa nhiều đơn vị protein khác nhau, lắp ráp với đơn vị hình thái Một virion có nhiều đơn vị hình thái khác Các đơn vị quan sát kính hiển vi điện tử Protein virut không đa dạng hệ gen thông tin di truyền để mã hoá số lượng lớn protein khác Một tổ hợp hoàn chỉnh axid nucleic protein gói virut gọi nucleocapsid Một số virut có cấu trúc hoàn chỉnh gọi virut có vỏ bọc Nucleocapsid loại virut bao lớp màng bao chứa lipid protein không đặc trưng virut 1.4.1 Tính đối xứng virut Nucleocapsid virut có cấu trúc đối xứng đơn vị hình thái bọc vỏ virut Chiều dài virut xác định chiều dài phân tử axid nucleic, chiều rộng chúng kích thước đơn vị protein định Sự xếp đơn giản gồm 60 đơn vị hình thái thành mặt tạo thành phân tử virut Nhiều virut có đơn vị hình thái lớn chứa 180, 240 420 đơn vị Virut bao bọc: có nhiều virut có cấu trúc màng tổng hợp bọc quanh nucleocapsid phổ biến động vật (virut cúm) số virut vi khuẩn Tính đặc hiệu nhiễm virut vỏ virut định CHƢƠNG MÔ HÌNH LÍ THUYẾT OHSHIMA CHO HẠT NANÔ XỐP Điện điện tích hạt keo đóng vai trò quan trọng tượng điện bề mặt, chẳng hạn tương tác tĩnh điện hạt keo chuyển động chúng điện trường Khi hạt keo đặt môi trường điện phân, ion điện phân tự có điện tích trái dấu với điện tích bề mặt hạt (counter ion) tiếp cận bề mặt hạt để trung hoà điện tích Song chuyển động nhiệt ion ngăn cản tích tụ chúng nên hình Các nghiên cứu trước tính chất điện động hạt nano xốp thường tập trung vào tính chất bề mặt hạt xốp Bằng phương pháp hoá học để rút lõi ARN thực khuẩn thể MS2, báo so sánh trực tiếp tính chất điện động thực khuẩn thể MS2 nguyên (MS2 chưa xử lí) thực khuẩn thể MS2 ARN (MS2 ARN) Sau số kết đo đạc mà tác giả thu a b Hình 3.1: Hình ảnh chụp MS ARN (a) MS2 chưa xử lí (b) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hình ảnh chụp cho thấy thực thể khuẩn MS2 ARN (hình a) có chứa vùng tối bên thâm nhập thuốc nhuộm vào bên vỏ, thực thể khuẩn MS2 chưa xử lí có màu trắng (hình b) Các tác giả làm số thí nghiệm liên qua đến tính lây nhiễm thu kết nhóm virut MS2 ARN không khả truyền bệnh Hình 3.2 kết tán xạ tia X góc nhỏ (Small-Angle X-ray ScatteringSAXS) Phổ thu cho hai trường hợp virut hình 3.2a cho ta thấy hình dạng hai loại hạt dạng hình cầu mong đợi Cả hai có cấu tạo từ lõi có mật độ electron số, bao bọc vỏ có nồng độ electron số khác, tượng trưng tương ứng cho lõi ARN bên vỏ protein bên b c Hình 3.2: Hình ảnh SAXS MS2 MS2 ARN có nồng độ khác tách riêng môi trường 100mM CaCl2 Các kết mật độ electron MS2 chưa xử lí (hình 3.2b) MS2 ARN (hình 3.2c) vẽ theo chuẩn nồng độ protein bao quanh bên hạt Rõ ràng, nồng độ lõi MS2 bình thường 49% so với nồng độ vỏ protein, nồng độ giảm xuống 3.7% trường hợp có vỏ protein MS2 lõi ARN Do đó, MS2 có hình dạng, kích thước tương đương với MS2 ARN song chúng lại có nồng độ electron khác rõ rệt Kết thu kết đo tính chất điện động hai loại virut mẫu Trên hình 3.3, độ linh động điện chuyển (electrophoretic mobility EPM) MS2 MS2 ARN dung dịch NaCl 1mM suốt khoảng pH thử Giá trị dương nồng độ pH thấp trở thành âm độ pH tăng Xu hướng hợp lí proton nhóm chức vỏ virut Các tác giả đo độ linh động điện chuyển EPM MS2 chưa xử lí MS2 ARN nồng độ pH 5.9 với nồng độ ion thay đổi từ 0.1mM đến 600mM thu kết tương tự hình 3.4a Cả hai loại hạt trở nên điện tích âm nồng độ ion tăng suy giảm lớp phân cách Kết tương tự đo độ linh động điện chuyển EPM thu đo hai loại hạt dung dịch có chứa CaCl2 200mM (hình 3.4b) Đối với trường hợp MS2 MS2 ARN giá trị EPM bớt âm dung dịch Ca2+ có khả trung hoà điện tích vỏ capsid lõi (với MS2 chưa xử lí) Hình 3.4: Độ linh động điện chuyển MS2 chưa xử lí MS2 ARN dung dịch NaCl (a) CaCl2 (b) có nồng độ pH 5.9 không đổi Mặc dù tương tác ion Ca2+ Na+ lên lõi ARN vỏ capsid protein khác giá trị độ linh động điện chuyển EPM đo giống trường hợp MS2 MS2 ARN dung dịch điện phân Điều chứng tỏ lõi ARN không ảnh hưởng đến độ linh động điện chuyển virut 3.2 Mô hình Ohshima Trong mô hình xét virut bán kính a bề dày lớp vỏ d điện Trong nghiệm phương trình Poison toán tử Laplace, vỏ, (3.1) bên virut (3.2) số điện môi chân không, số điện môi dung dịch khối; là mật độ điện tích dung dịch, mật độ điện tích bề mặt Ta bỏ qua đóng góp điện tích lõi vào hình thành điện Ở báo Ohshima coi virut hạt hình cầu đối xứng có bán kính nhỏ (cỡ nano mét) Đối với hạt hình cầu đối xứng, ion có nồng độ n hoá trị z bề mặt thoả mãn phương trình Khi (3.3) thấp, phương trình (3.3) trở thành (3.4) Khi phương trình (3.4) thoả mãn điều kiện biên (3.5) bề mặt cầu Khi bề mặt (3.6) thu Xét giới hạn (3.7) điện tích cố định (3.7) , giữ tích Nd không đổi, tức giữ cho tổng không đổi, (3.8) Biểu thức (3.8) bề mặt bề mặt cứng có mật độ điện mặt Khi hạt có kích thước nano có bán kính dần đến không, tỉ lệ diện tích bề mặt thể tích tiến đến vô hiệu ứng thể tích giảm nhanh hiệu ứng bề mặt Khi bán kính nhỏ (cỡ 10 nanomet) hiệu ứng bề mặt trở thành trội so với hiệu ứng thể tích làm thay đổi tính chất vật lí hạt Kết tượng không thấy đóng góp phần bên virut Khi bán kính virut nhỏ, điện tích bề mặt virut biểu diễn tăng lên số điện môi hiệu dụng bề mặt Sự gia tăng tăng đến vô không đóng góp lõi Một số tác giả đưa mô hình mật độ điện mặt hiệu dụng Coi virut cầu rỗng có bán kính nhỏ (cỡ nanomet), bề mặt tích điện đặt môi trường có số điện môi hiệu dụng Mọi hiệu ứng chắn hay tượng hiệu ứng bề mặt trội hiệu ứng khối thể rõ hàm điện môi hiệu dụng sau đây, ta có , Trong (3.9) lượng cho mô hình hiệu dụng đưa thêm vào đại lượng số điện môi hiệu dụng Thay biểu thức lượng vào phương trình ta (3.10) Biểu thức số điện môi hiệu dụng thu , (3.11) Hay (3.12) Nhận thấy, hay Điều tương đương với Hình 3.5: Kết tính toán cho truờng hợp lượng điện tích lõi nhỏ so với vỏ capsid Đường đứt nét vỏ, đường liền nét số điện môi hiệu dụng Kết vẽ theo phụ thuộc vào bán kính virut việc bán kính virut lớn toán trở với điều kiện bình thường, số điện môi bình thường, tượng hiệu ứng bề mặt không rõ Trong trường hợp điện tích lõi nhỏ lượng điện lõi cung cấp không làm thay đổi nhiều đến lớp vỏ vị trí lượng thấp lớn lượng cực tiểu có vỏ capsid Kết tính toán Đường liền nét đường vẽ tỷ lệ theo bán kính r virut (hình 3.5) Tỷ lệ tiến đến bán kính đủ lớn có vị trí R* lớn nhiều so với vị trí lượng cực tiểu R virut số điện môi hiệu dụng tiến đến vô Điều chứng tỏ hiệu ứng bề mặt trội hiệu ứng khối, tức bán kính virut đủ nhỏ không khác nhiều so với bán kính virut rút lõi hai loại virut phản ứng Nói cách khác có mặt điện tích lõi không làm thay đổi tính chất điện động tĩnh điện virut Hình 3.6: Đồ thị phân bố điện lớp vỏ virut theo mô hình Ohshima Kết vẽ theo phụ thuộc vào bán kính virut 3.3 Mô hình mật độ điện bề mặt hiệu dụng Chúng ta thấy mô hình Ohshima phức tạp Ở coi virut hình cầu đối xứng có lõi trình tính toán phải tính đến đóng góp điện tích lõi Bởi việc khảo sát virut tương đối khó khăn Thực tế phép đo tiến hành bên virut nên phần đưa mô hình đơn giản virut coi virut giống cầu rỗng với mật độ điện tích bề mặt hiệu dụng suy từ thực nghiệm Tại điểm x điện bề mặt cầu rỗng gây nên với mật độ điện mặt qs (C/m2) (3.13) Đặt , (3.14) (3.15) Kết hợp (3.13), (3.14), (3.15) ta viết (3.16) Tính tích phân (3.16) thu điện bên cầu rỗng sau (3.17) Sử dụng mối quan hệ mật độ điện mặt qs điện tích tổng cộng bề mặt QS , (3.18) ; với (3.19) bề mặt có dạng Tại lớp vỏ bề mặt x = a, điện có giá trị (3.20) Biểu thức (3.20) mối liên quan điện tích tổng cộng điện bề mặt cầu Về phân bố điện tích bề mặt cầu có Kết phù hợp với cách sử dụng điện trường (3.21) Bằng tính toán mô hình 3.7 ta nhận thấy mô hình mật độ điện bề mặt hiệu dụng (đường liền nét) diễn tả dáng điệu mô hình Ohshima (đường đứt nét) Tuy nhiên hai đồ thị có khác Hình 3.7: Đồ thị phân bố điện lớp vỏ virut theo mô hình mật độ điện bề mặt hiệu dụng mô hình Ohshima Đường liền nét kết mô hình mật độ điện bề mặt hiệu dụng, đường nét đứt mô hình Ohshima Kết vẽ theo phụ thuộc vào bán kính virut độ cao Kết mô hình cho thấy chúng giảm gía trị chậm mô hình Ohshima Công thức (3.19) trường hợp riêng gần Padé phân bố có dạng , đa thức bậc bậc 1, khảo sát phần sau 3.4 Gần Padé Phân bố theo mô hình Ohshima áp dụng phương trình Poison giải phương pháp giải tích mà giải gần giải phương pháp tính số máy tính Đồng thời trình giải vô phức tạp Một mô hình bỏ qua hiệu ứng bề mặt thực nghiệm đóng góp lõi không đáng kể Trong mô hình ta sử dụng lý thuyết gần Padé để đưa biểu thức phân bố bề mặt hiệu dụng cách tổng quát phương pháp tính đơn giản Theo Padé, điện hiệu dụng điểm x bề mặt cầu bán kính R có dạng: , Trong (3.22) x có đơn vị R Các hệ số a, b, c cho bởi: (3.23) giá trị trạng thái Tính cách tương tự ta có giá trị hệ số a, b, c trạng thái tiếp thứ hai Tuy nhiên, việc xác định biểu thức tổng quát cho bề mặt trường hợp tổng quát chưa xác Điều thực nghiệm thấy có 1% cho kết tỷ số Tiếp theo xem xét cho biểu thức phân tích phù hợp với toàn phạm vi giá trị x Từ ta xấp xỉ điện hiệu dụng gần Padé Xấp xỉ Padé cho , (3.24) Trong Pi(x) đa thức thứ i Nếu đưa vào lượng cho điện hiệu dụng giống Culomb Xấp xỉ tính toán so sánh với kết tính toán trước phù hợp Để cải thiện sai số kết thu xem xét tiếp xấp xỉ Padé dạng (3.25) Có điều kiện hạn chế định cho trường hợp Chẳng hạn khi , với giá trị cho hai thông số phù hợp Kết phân tích cho biểu thức điện hiệu dụng tổng quát , Với (3.26) khoảng cách dao động Chúng ta tiếp cận hiệu biểu thức hiệu điện hiệu dụng ta định nghĩa (3.27) Xét toán virut hình cầu bán kính R, hiệu dụng bề mặt định nghĩa đơn giản Theo (3.24) (3.25) hiệu dụng viết dạng (3.28) Trong hệ số đó; biểu thức đặc trưng cho đặc tính virut phụ thuộc bán kính R virut 3.5 Gần Padé mở rộng Nhận thấy ta đưa thêm thành phần hàm hàm chắn, a hệ số mà hàm đóng vai trò Khi đó, hiệu dụng trở thành (3.29) Biểu thức (3.29) có dạng gần giống phân bố Ohshima đưa trước đó, ta gọi phân bố theo Padé mở rộng Gần Padé mở rộng có tính phù hợp tốt hơn, hàm đặc trưng cho hiệu ứng chắn Hình 3.8: Đồ thị phân bố điện lớp vỏ virut theo mô hình gần Padé mô hình Ohshima Đường liền nét kết mô hình gần Padé mở rộng, đường chấm mô hình Ohsihma Kết vẽ theo phụ thuộc vào bán kính virut hiệu ứng Culomb Hình 3.8 kết tính toán cho mô hình Padé mở rộng so sánh với mô hình Ohshima Ta nhận thấy rằng, dáng điệu mô hình gần Padé mở rộng giống mô hình Ohshima gần Padé mở rộng tiến giá trị chậm so với Ohshima Điều hoàn toàn có lí Nếu ta thay đổi bán kính virut kết thu thay đổi giá trị giao hai đồ thị hai mô hình không thấy có thay đổi hình dáng đồ thị Điều phù hợp với nhiều kết đưa trước đó, đồng thời kết luận đóng góp điện bề mặt vô quan trọng, ảnh hưởng lõi không đáng kể KẾT LUẬN Các mô hình virut đưa trước trường hợp đơn giản coi virut hạt nano gồm có lớp vỏ xốp (soft) nhân đại phân tử sinh học chứa thông tin phức tạp, giải gần giải phương pháp tính số máy tính Trên thực tế phép đo tiến hành bên virut, luận văn đưa mô hình đơn giản virut gồm có lớp vỏ xốp coi hiệu ứng phần nhân yếu tố khác thể bề mặt hiệu dụng Với mô hình luận văn mối liên quan điện tích tổng cộng điện bề mặt virut Biểu thức phân bố bề mặt hiệu dụng tính toán cách sử dụng gần Padé Để đạt độ phù hợp tốt ta thêm vào đại lượng exp(-ax) có vai trò giống hàm chắn tương tác Culomb nên biểu thức Padé mở rộng phù hợp với mô hình Ohshima mà luận văn đề cập đến Mô hình đơn giản Một áp dụng nghiên cứu thu luận văn góp phần soi sáng giải thích kết thực nghiệm thu gần tính chất điện điện chuyển virut bệnh tả MS2 quan tâm nhiều References [1] Nguyễn Thị Chính, Ngô Tiến Hiển (2001), Virut học, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà nội, tr.14-44 [2] Vũ Thuý Hường (2011), "Nghiên cứu xây dựng mô hình lí thuyết hạt nano xốp", Luận văn tốt nghiệp [3] A F Slachmuylders, B Partoens, W Magnus and F M Peeters1(2005), Pade_apprimation exciton in nano wire, pp 2-14 [4] Happel J (1958) Viscous flow in multipartic systems, AlChE J.,4, pp.197-201 [5] Helmholtz H V (1879) Studien uber electrische grenschichten, Ann der Physik und Chimie 7, pp 337-387 [6] Hermans J J., Fujiat H (1955) Koninkl Ned Akad vetenschap Proc B, 58, pp 182 [7] http://en.wikipedia.org/wiki/Virus [8] Jacob H Masliyah, Subir Bhattacharjee (2006), Electrokinetic and Colloid Transport Phe- nomena, Wiley Interscience, New York [9] J Nicklin et al.(1999), Instant Notes in Microbiology, Bios Scientific Publisher [10] Lee Y J., Yi H., Kim W J., Kang K., Yun D S., Strano M S., Ceder G., Belcher A M (2009) Science, 324 (5930), pp 1051-1055 [11] Nguyen T T., Bruinsma R F., Gelbart W M (2005) Elasticity theory and shape transi- tions of viral shells, Phys Rev E, 72, 051923 [12] Ohshima H (2000) J Colloid Interface Sci., 228, pp 190-193 [13] Ohshima H (2007) 285 (13), Colloid and Polymer Science pp 14111421 [14] Ohshima H (2009) Theory of electrostatics and electrokinetics of soft particles Sci Tech- nol Adv Mater., 10, pp 063001-063013 [15] Pham M., Mintz E A., Nguyen T H (2009) Journal of Colloid and Interface Science, 338 (1), pp 1-9 [16] Probstein R F (2003) Physicochemical Hydrohynamics, An Introduction, 2nd ed., Wiley Interscience, New York [17] Thanh H Nguyen,ab Nickolas Easter,ab Leonardo Gutierrez,ab Lauren Huyett,d Emily Defnet,cSteven E Mylon,c James K Ferrid and Nguyen Ai Viete (2011), The RNA core weakly in uences the interactions of the bacteriophage MS2 at key environmental interfaces, pp –