CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.3. Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang FRET
1.3.3.1. Ứng dụng hiệu ứng FRET và chấm lượng tử chế tạo sensor
quang xác định hàm lượng maltozơ
Mauro đã sử dụng Qds để chế tạo sensor theo hiệu ứng FRET bằng công nghệ tự lắp ghép phân tử. Sơ đồ cơ chế hoạt động của sensor này như hình 1.21.
Hình 1.21. Mô hình cơ chế hoạt động của sensor hiệu ứng FRET dùng Qds của Mauro [111]
Như mô hình trên, trên bề mặt của Qds phủ một lớp chất protein: Liên kế maltozơ-protein (Maltose- Binding Protein, MBP). Chất này có khả năng tạo chức năng hoạt hoá bề mặt Qds trong dung dịch đường. Sau đó cho thêm chất B- Cyclo.dextrin-Qsy9 với vai trò là chất dập tắt tín hiệu huỳnh quang (Quencher). Sensor này khi sử dụng để xác định hàm lượng mltozơ. Nếu trong môi trường có
46
chất maltozơ, tương tác giữa maltozơ với tác nhân Quencher, đẩy Quencher ra xa khỏi Qds. Kết quả theo hiệu ứng FRET, cường độ phát quang của Qds gia tăng. Lợi dụng kỹ thuật này, bằng việc sử dụng Qds, người ta có thể chế tạo sensor lai tạo (hybrid sensor).
1.3.3.2. Ứng dụng hiệu ứng FRET và Qds chế tạo sensor huỳnh quang xác định DNA định DNA
Cũng từ nguyên lý của hiệu ứng FRET, các nhà khoa học đang trong giai đoạn tạo ra loại sensor sinh học DNA nano bằng việc sử dụng Qds để xác định các DNA. Trong kỹ thuật này, các nhà phát minh đã sử dụng Qds là chất CdSe-ZnS được chế tạo bằng kỹ thuật lõi-vỏ làm chất cho. Trên bề mặt của Qds được biến tính hoạt hoá bằng chất streptavisin. Tiếp theo cho chất huỳnh quang Cy5.5 và biotin tác dụng với chất oligonucleotit tạo thành hai tác nhân hoạt hoá với vai trò khác nhau: tác nhân thông tin (reporter probe) và tác nhân liên kết (capture probe). Hai nhóm phân tử chức năng này liên kết với phân tử DNA cần xác định (mục đích DNA). Cụm phân tử hai chức năng thông tin và kết hợp có chứa DNA, liên kết với Qds đã biến tính (steptavidin conjugated Qds), tạo thành sensor sinh học DNA. Sensor sinh học DNA nano này có nhóm biotin kết hợp với chất steptavidin trên bề mặt Qds. Nhờ vậy hiệu ứng FRET được phát huy. Bằng phương pháp này, ta có thể kiểm chứng được DNA nhanh và độ chính xác cao. Hình 1.22 là mô hình cơ chế hoạt động của sensor sinh học DNA nano [108].
Hình 1.22. Mô hình và cơ chế hoạt động của sensor sinh học DNA nano Qds (a,b) và thiết bị kiểm tra (c) [103]
47
Nhìn chung, sensor sinh học nano hiệu ứng FRET dùng chất phát huỳnh quang Qds có nhiều ưu điểm so với huỳnh quang hữu cơ. Vì vậy có nhiều loại sensor sinh học để xác định ảnh in vivo được nghiên cứu chế tạo.
1.3.1.3. Ứng dụng hiệu ứng FRET và Qds chế tạo sensor huỳnh quang trong nghiên cứu enzym nghiên cứu enzym
Giáo sư Gae Baik Kim và Young-Pil Kim cùng các cộng sự tại đại học Hanyang Hàn quốc cũng nghiên cứu và phát triển phép phân tích enzym protease bằng nanosensor sử dụng Qds có hiệu ứng FRET [109]. Nghiên cứu này cho thấy việc phát hiện hoạt động của protease dựa trên sự truyền năng lượng của các Qds. Bằng cách kết hợp một số loại protease vào thiết kế của dạng Qds cho cấu trúc FRET và truyền năng lượng cộng hưởng phát quang sinh học (BRET), hoạt động của protease dẫn đến những thay đổi trong hiệu suất truyền năng lượng. Đặc biệt là do các đặc tính vượt trội của Qds, nó có thể được xem như một tác nhân nhận biết protease với độ nhạy cao. Người ta dự đoán rằng Qds dựa trên FRET/BRET như một đầu dò sẽ có một tiềm năng lớn trong việc phân tích vai trò cơ bản của protease và có khả năng chế tạo loại thuốc ức chế protease như thuốc điều trị sinh học dạng nano.
FRET là kỹ thuật phổ biến nhất được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến sinh hóa hiện nay bởi độ nhạy cao, khả năng hồi phục trạng thái tốt, và khả năng quan sát trong thời gian thực. Phương pháp thông thường để phát hiện hoạt động protein được dựa trên phát huỳnh quang với các liên kết peptide hữu cơ. Ví dụ cho hoạt động protease là đầu dò tự động, đầu dò mang màu kép, và đầu dò dựa trên các photon hiệu ứng FRET, như mô tả trong hình 1.23. Tuy nhiên, việc phát huỳnh quang hữu cơ thường gặp một vài vấn đề chẳng hạn như hình ảnh bị tẩy trắng, độ nhạy ảnh hưởng bởi môi trường, khó khăn trong việc phân tích tổ hợp D và A. Như đã nói ở trên, những vấn đề này trong các nghiên cứu về FRET có thể được khắc phục khi có phổ huỳnh quang thích hợp hoặc dập tắt được sử dụng kết hợp với Qds (Hình 1.23). Từ Qds có dải hấp thụ rộng và phổ phát xạ hẹp cũng như sự ổn định quang cao, sẽ có thuận lợi trong việc theo dõi lâu dài và cho phép phát hiện, Qds thường được sử dụng như chất D trong khi các chất nhận năng lượng huỳnh quang (chất dập tắt) thường là một peptide được biến tính thích hợp.
48
Hình 1.23. Sơ đồ cảm biến FRET cơ bản để phát hiện các protease hoạt động. (A) Quá trình FRET thông thường, (B) FRET sử dụng Qds. D và A là chất cho và chất
nhận, tương ứng [109].
Nghiên cứu và ứng dụng hiệu ứng FRET trong lĩnh vực quang học đang là hướng đi mới, có nhiều triển vọng trong nhiều lĩnh vực bởi những tính chất đặc trưng của chúng.
Với những cơ sở khoa học đã nêu luận án có nhiệm vụ Thiết lập qui trình chế tạo sensor huỳnh quang từ chấm lượng tử CdTe, CdS và graphen sử dụng hiệu ứng FRET có khả năng nhận biết CLB, các nội dung thực nghiệm chính:
- Chế tạo sensor huỳnh quang sử dụng Qds bán dẫn.
- Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds CdS, CdTe và graphen sử dụng hiệu ứng FRET.
- Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET trong mẫu thực.
- Đánh giá khả năng xác định CLB của phương pháp sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET với phương pháp ELISA và HPLC/MS.
49