Nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất đánh dấu huỳnh quang định hướng ứng dụng đánh dấu sinh học Tổng quan Sự tương tác giữ chất phát huỳnh quang ứng dụng đánh dấu sinh học lần nghiên cứu chất màu, truyền lượng cộng hưởng Förster (Förster resonance energy transfer) hay truyền lượng cộng hưởng huỳnh quang (fluorescence resonance energy transfer) FRET Sự tương tác tương tác trường gần trường điện hai lưỡng cực donor acceptor truyền lượng có hiệu khoảng cách 10-100 Ǻ Do phụ thuộc hiệu suất truyền lượng vào khoảng cách phân tử donor acceptor nên kỹ thuật FRET ứng dụng sensor phép phân tích sinh học để đo khoảng cách phát tương tác phân tử Trên giới nay, hướng nghiên cứu Sinh học Quang tử (Biophotonics) với việc gắn kết hạt nano với đối tượng sinh học phát triển rộng rãi hứa hẹn nhiều nhiều ứng dụng thực tiễn Do chất đánh dấu sở vật liệu nano với ưu điểm trội so với chất đánh dấu cổ điển như: độ bền quang, độ tương phản cao bền môi trường sinh học Các ưu điểm chất đánh dấu nano tạo nhiều khả phát đích sinh học với độ nhạy cao điều kiện khác từ đơn phân tử ứng dụng thể người, từ chẩn đoán in vitro ảnh in vivo Sự tương tác chất phát huỳnh quang cho ứng dụng đánh dấu phân tích sinh học mở rộng nghiên cứu hạt nano, điển hình tương tác hạt nano kim loại phân tử chất màu Nhiều nghiên cứu tương tác hạt nano phát quang chất đánh dấu huỳnh quang thực BRET-FRET nanoparticles (L Xiong cộng sự, Nature Methods, 2013), sử dụng kỹ thuật FRET hạt nano để phân tích protein (H Kim, KAIST, 2012), …thậm chí truyền lượng hạt nano silica để dò tìm đơn phân tử (W Tan, 2006) Hiện nay, tương tác chất đánh dấu huỳnh quang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng sinh học nghiên cứu cấu trúc ADN (Y Han, Biomater Sci., 2014)… Trong nước, nghiên cứu tương tác chất đánh dấu huỳnh quang quan tâm nghiên cứu Nhóm PGS Trần Hồng Nhung (Viện Vật lý) nghiên cứu tương tác chất đánh dấu huỳnh quang sở truyền lượng cộng hưởng huỳnh quang tâm màu truyền lượng hạt nano phát quang Sự tương tác chất phát quang với phân tử sinh học nhóm nghiên cứu thực đề tài KC-01 035 06 (Tương tác phân tử sinh học với vật liệu cấu trúc nanô phát quang dùng đánh dấu sinh học) hay KC-01 034 06, “Nghiên cứu ảnh hưởng liên kết sinh hợp lên tính chất quang tinh thể nanô Một số nghiên cứu tương tác hạt nano kim loại chất phát quang bắt đầu quan tâm nghiên cứu thực Tác giả Đào Duy Thắng cộng (viện Vật lý) nghiên cứu truyền lượng từ phân tử chất màu rhodamine 6G đến hạt nano vàng Tác giả Đỗ Quang Hòa (viện Vật lý) nghiên cứu tương tác phân tử màu rhodamine 610 với hạt nano vàng với mục đích làm tăng hiệu suất laser màu Việc nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất chất đánh dấu huỳnh quang định hướng ứng dụng đánh dấu sinh học phát triển phép đo quang, đưa đến ứng dụng nghiên cứu đối tượng sinh học thang phân tử, dẫn đến ứng dụng chế tạo sensor sinh học sở hạt nano quang Các chất đánh dấu huỳnh quang có vai trò vô quan trọng việc nghiên cứu trình sinh học, đặc biệt trình xảy bên tế bào, trình phức tạp mức phân tử mà chất đánh dấu huỳnh quang cách để theo dõi Bằng cách đưa chất đánh dấu huỳnh quang vào protein, dựa quan sát ánh sáng chúng phát ra, hiểu chức chuyển hoá loại protein thể, phục vụ cho hiểu biết người động, thực vật khác Các chất đánh dấu sở vật liệu nano đời với ưu điểm trội so với chất đánh dấu cổ điển như: độ bền quang, độ tương phản cao bền môi trường sinh học Các loại hạt nano thường dùng phân tích sinh học thường dùng như: chấm lượng tử, hạt kim loại (vàng bạc), hạt nano chứa chất màu số vật liệu nano khác Mỗi loại hạt nano có ưu điểm vượt trội riêng thích ứng với ứng dụng khác lĩnh vực phân tích sinh học Sự tương tác giữ chất phát huỳnh quang ứng dụng đánh dấu sinh học nghiên cứu chất màu, truyền lượng cộng hưởng Förster (FRET), ứng dụng sensor phép phân tích sinh học để đo khoảng cách phát tương tác phân tử, hay sử dụng để đo khoảng cách vùng protein có thông tin cấu hình protein.Trong ứng dụng cho tế bào sống, FRET sử dụng để phát vị trí tương tác gen cấu trúc tế bào FRET sử dụng để có thông tin chuyển hóa đường trình chuyển hóa Có thể nói tóm gọn là kỹ thuật cho sinh học phân tử Do tính chất hấp thụ tán xạ mạnh ánh sáng, ảnh hưởng cấu trúc nano kim loại lên chất mầu – đánh dấu nghiên cứu rộng rãi với mục đích làm tăng cường dập tắt huỳnh quang chất đánh dấu Các tính toán cho thấy hiệu suất lượng tử phân tử mầu lớn có tăng cường huỳnh quang hiệu ứng plasmon xạ kết hợp Hơn nữa, có mặt cấu trúc nano kim loại có khả làm tăng hiệu suất truyền lượng hai chất phát quang Ảnh hưởng hạt nano vàng lên trình phát quang phân tử chất màu trước tiên nghiên cứu với vai trò làm acceptor thí nghiệm FRET để ứng dụng làm cảm biến sinh học Kết kết tăng cường hay dập tắt huỳnh quang thí nghiệm FRET phụ thuộc nhiều vào cấu hình quang học Việc nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất màu đưa đến ứng dụng nghiên cứu đối tượng sinh học thang phân tử, dẫn đến ứng dụng chế tạo sensor sinh học sở hạt nano quang Việc nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất màu đưa đến ứng dụng nghiên cứu đối tượng sinh học thang phân tử, dẫn đến ứng dụng chế tạo sensor sinh học sở hạt nano quang Tính cấp thiết Các chất đánh dấu huỳnh quang có vai trò vô quan trọng việc nghiên cứu trình sinh học, đặc biệt trình xảy bên tế bào, trình phức tạp mức phân tử mà chất đánh dấu huỳnh quang cách để theo dõi Bằng cách đưa chất đánh dấu huỳnh quang vào protein, dựa quan sát ánh sáng chúng phát ra, hiểu chức chuyển hoá loại protein thể, phục vụ cho hiểu biết người động, thực vật khác Các chất đánh dấu sở vật liệu nano đời với ưu điểm trội so với chất đánh dấu cổ điển như: độ bền quang, độ tương phản cao bền môi trường sinh học Các loại hạt nano thường dùng phân tích sinh học thường dùng như: chấm lượng tử, hạt kim loại (vàng bạc), hạt nano chứa chất màu số vật liệu nano khác Mỗi loại hạt nano có ưu điểm vượt trội riêng thích ứng với ứng dụng khác lĩnh vực phân tích sinh học Sự tương tác giữ chất phát huỳnh quang ứng dụng đánh dấu sinh học nghiên cứu chất màu, truyền lượng cộng hưởng Förster (FRET), ứng dụng sensor phép phân tích sinh học để đo khoảng cách phát tương tác phân tử, hay sử dụng để đo khoảng cách vùng protein có thông tin cấu hình protein.Trong ứng dụng cho tế bào sống, FRET sử dụng để phát vị trí tương tác gen cấu trúc tế bào FRET sử dụng để có thông tin chuyển hóa đường trình chuyển hóa Có thể nói tóm gọn là kỹ thuật cho sinh học phân tử Do tính chất hấp thụ tán xạ mạnh ánh sáng, ảnh hưởng cấu trúc nano kim loại lên chất mầu – đánh dấu nghiên cứu rộng rãi với mục đích làm tăng cường dập tắt huỳnh quang chất đánh dấu Các tính toán cho thấy hiệu suất lượng tử phân tử mầu lớn có tăng cường huỳnh quang hiệu ứng plasmon xạ kết hợp Hơn nữa, có mặt cấu trúc nano kim loại có khả làm tăng hiệu suất truyền lượng hai chất phát quang Ảnh hưởng hạt nano vàng lên trình phát quang phân tử chất màu trước tiên nghiên cứu với vai trò làm acceptor thí nghiệm FRET để ứng dụng làm cảm biến sinh học Kết kết tăng cường hay dập tắt huỳnh quang thí nghiệm FRET phụ thuộc nhiều vào cấu hình quang học Việc nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất màu đưa đến ứng dụng nghiên cứu đối tượng sinh học thang phân tử, dẫn đến ứng dụng chế tạo sensor sinh học sở hạt nano quang Việc nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất màu đưa đến ứng dụng nghiên cứu đối tượng sinh học thang phân tử, dẫn đến ứng dụng chế tạo sensor sinh học sở hạt nano quang Mục tiêu Nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất đánh dấu huỳnh quang sinh học Nội dung - Nghiên cứu tương tác chất màu dùng đánh dấu sinh học Cy3 Cy5 Khảo sát cường độ phát quang acceptor thay đổi nồng độ donor ngược lại Tính khoảng cách tương tác tới hạn điều kiện để có hiệu suất truyền lượng hiệu - Nghiên cứu tương tác các hạt nano chứa tâm màu tâm màu khác Khảo sát thông số tương tác Tìm điều kiện để có hiệu suất truyền lượng tốt - Nghiên cứu ảnh hưởng hạt nano vàng lên tính chất quang chất màu phát quang nhằm đánh giá ảnh hưởng plasmon xạ plasmon định xứ lên cường độ phát quang - Nghiên cứu ảnh hưởng plasmon xạ định xứ hạt nano vàng lên truyền lượng FRET chất phát quang Khảo sát ảnh hưởng nồng độ hạt vàng lên hiệu suất truyền lượng Tải file Nghiên cứu tương tác hạt nano quang chất đánh dấu huỳnh quang định hướng ứng dụng đánh dấu sinh học PP nghiên cứu - Phương pháp quang phổ huỳnh quang (huỳnh quang dừng, huỳnh quang theo thời gian, huỳnh quang kích thích) dùng để nghiên cứu tính chất quang hạt nanô chất màu dùng đánh dấu sinh học - Đánh giá thông số tương tác để tìm điều kiện mà hiệu suất truyền lượng tốt Hiệu KTXH - Kết nghiên cứu đề tài kết ứng dụng nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học, ứng dụng đánh dấu đối tượng cần dán nhãn huỳnh quang, đóng góp vào phát triển hướng công nghệ nanô quang nước ta - Kết nghiên cứu đề tài làm tài liệu tham khảo cho sinh viên đại học cao học theo chuyên ngành Vật lý Chất rắn Quang học – Quang phổ, ảnh sinh học