CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VÀ Lắ THUYẾT LIấN QUAN
1.4. Cảm biến sinh học
1.4.3. Cảm biến truyền năng lượng
Cỏc ứng dụng của kỹ thuật truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) đó phỏt triển và mở rộng rất nhiều trong 25 năm qua, và kỹ thuật này đó trở thành một kỹ thuật chủ yếu trong nhiều lĩnh vực sinh học và sinh lý. Kỹ thuật FRET được sử dụng như một thước đo quang phổ ở cỏc thang khỏc nhau nhằm ứng dụng làm sỏng tỏ cấu trỳc của cỏc phõn tử sinh học và cỏc tương tỏc của chỳng, giỏm sỏt cỏc tế bào trong cơ thể sống, phõn tớch cấu trỳc DNA, RNA vvẦ Bờn cạnh đú, dựa trờn cơ chế của kỹ thuật FRET, một loạt cỏc cảm biến húa học và sinh học với độ nhạy và tớnh chọn lọc cao được phỏt triển. Cảm biến FRET điển hỡnh bao gồm một cặp donor-acceptor là cỏc chất phỏt quang cú khả năng truyền năng lượng cho nhau, nghĩa là cú sự chồng chập giữa phổ phỏt xạ của donor và hấp thụ của acceptor. Cặp donor và acceptor được bố trớ liờn kết trờn chất cần phõn tớch. Khi cú sự thay đổi về hỡnh dạng của chất cần phõn tớch sẽ dẫn tới việc thay đổi khoảng cỏch giữa donor-acceptor và sẽ làm thay đổi tớn hiệu FRET. Dựa vào sự thay đổi tớn hiệu FRET đú mà ta cú thể biết được cỏc thụng tin về chất cần phõn tớch.
Hoạt động phõn tử trong cơ thể sống diễn ra rất năng động và cú thể diễn ra cỏc hoạt động ở dưới mức tế bào như sự phõn bào, sự chuyển húa phõn chia vật chất di truyền DNA, RNA vvẦ Vỡ vậy cỏc thụng tin về quỏ trỡnh phõn bào, cỏc phõn tử tớn hiệu, cỏc chất chuyển húaẦ là rất quan trọng cho sự hiểu biết về chức năng sinh vật. Cảm biến sinh học là những thiết bị cú thể đo lường hoạt động của cỏc enzyme, động lực protein, và cỏc quỏ trỡnh sinh lý hoặc phỏt hiện bất kỳ phõn tử, tế bào bệnh nào dựa trờn việc sử dụng cỏc yếu tố nhận dạng sinh học. Cỏc yếu tố nhận dạng sinh học cú chứa phõn tử sinh học như khỏng thể, đầu dũ DNA hoặc enzyme. Phản ứng giữa cỏc yếu tố nhận dạng và chất cần phõn tớch tạo ra cỏc sự thay đổi về thể chất hoặc húa chất cú thể dẫn đến việc tạo ra nhiệt, khối lượng, ỏnh sỏng, electron hoặc cỏc ion. Ngày nay, cỏc nhu cầu về thiết bị nhỏ gọn, chi phớ thấp mà cú thể phỏt hiện nồng độ thấp cỏc khỏng nguyờn. Vỡ thế người ta đó đưa ra cỏc mụ hỡnh về cảm biến sinh học dựa trờn hiệu ứng FRET để đạt được cỏc
mục tiờu trờn. Hỡnh 1.14 là một số mụ hỡnh về cảm biến sinh học dựa trờn hiệu ứng FRET sử dụng aptamer. Cỏc cảm biến này sử dụng aptamer là yếu tố nhận dạng sinh học, aptamer là một đoạn oligonucleotide cú khả năng bắt cặp đặc hiệu với khỏng nguyờn cần
xỏc định. Cỏc aptamer được liờn kết húa trị với cỏc phõn tử chất mầu phỏt quang. Khi cú
mặt phõn tử đớch cần xỏc định, tương tỏc giữa phõn tử đớch và aptamer làm thay đổi hỡnh dạng của sợi aptamer, do đú làm thay đổi tớn hiệu quang của cỏc phõn tử chất mầu. Dựa vào tớn hiệu quang của cỏc phõn tử chất mầu này mà ta biết được cú hay khụng cú mục tiờu cần xỏc định.
Hỡnh 1.15.Một số mụ hỡnh cảm biến FRET: A- Cảm biến sử dụng cặp donor-acceptor là 2 phõn tử mầu F1, F2. Khi cú mặt của phõn tử đớch (ngụi sao) thỡ cấu trỳc khụng gian của aptamer thay đổi và xảy ra hiện tượng truyền năng lượng giữa 2 phõn tử mầu; B-Cảm biến gồm 1 sợi aptamer được gắn với cặp donor-acceptor ở 2 đầu. Khi cú mặt phõn tử đớch thỡ cấu trỳc khụng gian của aptamer thay đổi tỏch xa 2 đầu của aptamer. Tớn hiệu huỳnh quang của donor tăng do khụng cú sự truyền năng lượng giữa donor và acceptor. C- donor và acceptor lần lượt được gắn lờn 1 đầu của 2 sợi aptamer khỏc nhau, 2 sợi này bắt cặp đặc hiệu với nhau. Khi cú mặt phõn tử đớch, 2
sợi sẽ tỏch ra. Tớn hiệu huỳnh quang của donor tăng [20]
Nhưng cỏc phõn tử chất màu trong trạng thỏi tự do thường kộm bền quang, độ chúi khụng cao. Trong luận văn này, chỳng tụi đó sử dụng hạt nano silica chứa cỏc tõm mầu hữu cơ để khắc phục cỏc nhược điểm trờn.