Chế tạo nghiên cứu chức hóa bề mặt hạt nano ormosil định hướng ứng dụng đánh dấu sinh học Tổng quan Trên giới: Các vật liệu có kích thước nano mét đặc biệt quan tâm nghiên cứu chế tạo ứng dụng nhiều lĩnh vực Khi kích thước vật liệu giảm xuống đến thang nano mét vật liệu bị chi phối hiệu ứng giam cầm lượng tử Chính có hiệu ứng mà vật liệu có tính chất đặc biệt như: tính chất cấu trúc, tính chất quang, tính chất điện - từ… Các tế bào thành phần cấu tạo nằm thang sub-micro micro mét, protein đại phân tử tế bào có kích thước thang nano hạt có kích thước từ vài đến vài trăm nano mét trở thành chất đánh dấu (labels) đầu dò (probes) lý tưởng để đưa vào hệ sinh học Các phương pháp hóa học bề mặt đa dạng giúp cho việc bọc, chức hóa tích hợp hạt nano với phân tử sinh học trở nên dễ dàng Điều mở cánh cửa cho dải rộng ứng dụng sinh học phân tử y sinh, vận chuyển thuốc gen, thiết kế mô, phát protein, AND chuẩn đoán sở nhận dạng (detection-base diagnostics), ảnh sinh học y sinh (biological, biomedical imaging), đánh dấu vi khuẩn gây độc thực phẩm (E.coli Samonella) Để tạo hạt nano ORMOSIL có kích thước nhỏ 100 nm, Paras N Prasad cộng năm 2004 nghiên cứu chế tạo thành công hạt với kích thước từ 10 tới 85 nm sở sử dụng hệ micelle thuận Hạt nano silica chế tạo theo phương pháp thường cho hạt nano có độ đồng cao phân tán tốt nước + Ngay từ năm 90, nhà Khoa học K.Osses-Asare F.J.Arriagada chế tạo thành công hạt nano silica phương pháp Micelle đảo + Trong năm gần đây, có nhiều nhóm nghiên cứu vấn đề có nhóm Wiehong Tan đồng nghiệp Họ nghiên cứu tác nhân ảnh hưởng tới kích thước hạt nano silica tạo phương pháp Stober + Nhóm tác giả Yuhui Jin năm 2008 bổ sung nghiên cứu ảnh hưởng loại dung mơi lên kích thước hạt nano Bằng sử dụng loại dung môi hữu khác cho hệ bốn pha, họ điều chỉnh kích thước hạt nano silica từ 20 nm tới 100 nm cách liên tục Tác giả Weihong Tan cộng năm 2009 đưa phương pháp tạo hạt nano silica với nhóm chức –NH2 bề mặt hạt, sau bọc PEG-Biotin Streptavidin hóa, sau hạt nano silica gắn kết với aptamer sử dụng đếm dòng tế bào để phát định lượng tế bào gắn kết Tuy nhiên, việc bọc hạt với mục đích bảo vệ, đồng thời chức hóa bề mặt hạt để tạo lớp hợp sinh phù hợp với đối tượng sinh học cần nghiên cứu tiếp để đạt kết tối ưu Trong nước: Trong mười năm qua, nghiên cứu chế tạo vật liệu nano có nhiều kết tốt hình thành nhóm nghiên cứu mạnh, tập trung sở nghiên cứu thuộc thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh Các vật liệu nano chế tạo với chất lượng tốt, đáp ứng số nhu cầu nghiên cứu sử dụng nước, đồng thời cho phát triển Hợp tác quốc tế Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano Y – Sinh nước ta khoảng năm trở lại đạt số kết đáng khích lệ Điển hình là: - Nhóm GS.TS Nguyễn Xn Phúc với kết dùng hạt nano từ diệt tế bào ung thư; - Nhóm PGS.TS Nguyễn Hồng Hải với ứng dụng hạt nano từ tăng độ nhạy tương phản MRI; - Nhóm GS.TSKH Nguyễn Hoàng Lương với kết sử dụng nano vàng ảnh tế bào ung thư vú; - Nhóm PGS.TS Trần Hồng Nhung với kết ứng dụng chấm lượng tử ảnh tế bào nấm men gắn kết hạt nano vàng chấm lượng tử với protein kháng thể để nhận biết đặc hiệu tế bào ung thư vú Nhà nước ta thể quan tâm đặc biệt cho hướng nghiên cứu việc xét duyệt 04 đề tài cấp nhà nước chế tạo ứng dụng vật liệu nano nông nghiệp Y-Sinh (2009), 01 đề tài ứng dụng hạt nano silica phát vi khuẩn E.Coli O157:H7 Samonella (ĐT Độc lập 2009), 01 đề tài ứng dụng hạt nano đa chức (hạt silica-vàng, hạt từ-vàng) ứng dụng làm giàu nhận biết tế bào ung thư vi khuẩn Việc thực đề tài tạo gắn kết đa ngành nhà khoa học nước Tuy nhiên, việc nghiên cứu chế tạo hạt nano chứa tâm màu bảo vệ chức hóa để phù hợp với đối tượng sinh học cần thiết Vì vậy, việc đặt vấn đề nghiên cứu chế tạo, chức hóa hạt nano chứa tâm màu vào thời điểm hợp lý Tính cấp thiết Trong năm gần đây, việc ứng dụng hạt nano đánh dấu sinh học quan tâm ưu điểm chúng, hạt nano ormosil pha tâm màu quan tâm đặc biệt ưu điểm trội Với việc sử dụng quy trình cơng nghệ thích hợp, số lượng lớn tâm mầu (hữu vơ cơ) đưa vào hạt nano ormosil đơn (từ hàng chục tới hàng nghìn phân tử mầu) Do hạt nano ormosil chứa tâm màu có độ chói khuếch đại tín hiệu quang cao gấp nhiều lần so với phân tử màu đơn lẻ Nếu lựa chọn ứng dụng phân tích sinh học thích hợp, hạt nano silica tạo cải thiện đáng kể độ nhạy phân tích Hơn nữa, bị cầm giữ silica, tâm màu bảo vệ khỏi ảnh hưởng môi trường hiệu ứng tẩy màu phân hủy quang giảm thiểu Độ bền quang cao cho phép hạt nano ormosil sử dụng ứng dụng đòi hỏi cường độ kích thích mạnh thời gian dài Việc chế tạo hạt nano ormosil đơn giản mặt hóa học tạo nhiều cách khác để biến đổi hóa học bề mặt hạt Đã có số cơng trình nghiên cứu tạo hạt nano ormosil chứa tâm màu ứng dụng đánh dấu sinh học Tuy nhiên, hạt nano chế tạo thường không bền theo thời gian, chúng thường bị tụ đám làm ảnh hưởng đến trình hợp sinh, việc tạo lớp hợp sinh phù hợp với nhiều loại đối tượng sinh học bị hạn chế Chính vậy, việc bọc hạt nano ormosil để chúng ổn định bền môi trường cần thiết, đồng thời việc bọc hạt ormosil chức hóa bề mặt hạt, mục đích tạo lớp hợp sinh tương thích với nhiều loại đối tượng sinh học tùy thuộc mục đích sử dụng hạt Việc thực đề tài tạo điều kiện để cán giảng dạy cập nhật với vấn đề khoa học thời giới, tự đào tạo để nâng cao lực nghiên cứu, đặc biệt giúp cho chủ nhiệm đề tài có điều kiện để thực tốt luận án tiến sĩ Mục tiêu Chế tạo, nghiên cứu hình thái, cấu trúc hóa học đặc trưng quang học hạt nano ormosil pha tâm màu, đồng thời nghiên cứu phương pháp chức hóa bề mặt hạt nano nhằm tạo hạt nano ormosil có nhóm hợp sinh với đối tượng sinh học mục đích dùng cho ứng dụng đánh dấu sinh học Nội dung Nghiên cứu phương pháp chế tạo chức hóa hạt nano ormosil: - Các phương pháp chế tạo: Micelle thuận (Stober), micelle đảo - Nghiên cứu phương pháp bọc chức hóa: + Bọc PEG + Bọc BSA + Streptavidin + Biotin Đưa phương pháp tối ưu cho việc bọc chức hóa Nghiên cứu tính chất vật lý thông qua phép đo: - Khảo sát hình dạng, kích thước (ảnh TEM, SEM); - Cấu trúc hóa học: Phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ hồng ngoại; - Các tính chất quang phổ: Phổ hấp thụ, huỳnh quang, kích thích suy giảm huỳnh quang; Tải file Chế tạo nghiên cứu chức hóa bề mặt hạt nano ormosil định hướng ứng dụng đánh dấu sinh học PP nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu đề tài phương pháp thực nghiệm, kết hợp với lý thuyết nhằm lý giải kết thực nghiệm - Thử nghiệm ứng dụng đánh dấu số đối tượng sinh học: kháng nguyên, kháng thể, tế bào… Các phương pháp thực nghiệm sử dụng: * Phương pháp chế tạo: Phương pháp Stober * Phương pháp khảo sát hình dạng, kích thước, tính chất quang: - Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) - Hiển vi điện tử quét (SEM) - Hấp thụ quang học - Tán xạ Raman - Hấp thụ hồng ngoại - Quang huỳnh quang Ảnh huỳnh quang, ảnh cắt lớp tế bào… Hiệu KTXH - Kết nghiên cứu đề tài đóng góp vào hệ thống lý thuyết thực nghiệm chế tạo để có hạt nano ormosil chứa tâm màu định hướng ứng dụng đánh dấu y - sinh học; - Việc thực đề tài tạo điều kiện để cán giảng dạy cập nhật với vấn đề khoa học thời giới, tự đào tạo để nâng cao lực nghiên cứu; - Các kết nghiên cứu tài liêu tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên Cao học sinh viên chuyên ngành Vật lý chất rắn Quang học – Quang phổ ĐV sử dụng - Ứng dụng đánh dấu y - sinh học; - Kết nghiên cứu đề tài đóng góp thêm vào hệ thống lý thuyết quy trình chế tạo chức hóa bề mặt hạt nano ormosil chứa tâm màu; - Các kết nghiên cứu tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên Cao học sinh viên chuyên ngành Vật lý chất rắn Quang học – Quang phổ