Các hạt nano vàng có kích thước trong khoảng 1-100 nm, nó tương tự như kích thước của nhiều đối tượng tế bào, bao gồm ADN, protein, virus. Hình 1.10, so sánh tương đối kích thước của hạt nano với các vật thể sinh học. Kết hợp với khả năng tương thích sinh học cao, các hạt nano vàng đang được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sinh học.
Các hạt nano vàng ứng dụng trong lắp ráp ADN và cảm biến ADN: tiếp hợp của các hạt nano vàng với các nucleotit thiếu đang là một hướng quan tâm lớn trong lĩnh vực cảm biến ADN. Nguyên nhân, nhờ vào tiềm năng sử dụng của khả năng lập trình dựa trên cơ sở ghép đôi ADN để thiết lập các tinh thể nano trong không gian, đồng thời cung cấp dấu hiệu chính xác để nhận biết các chuỗi ADN. Hai nhóm của Mirkin Letsinger tại Northwestern [15] và nhóm của Alivisatos Schultz tại Berkeley [16] đã mở đầu kế hoạch thành lập hàm phụ thuộc giữa các hạt nano Au với các nucleotit thiếu. ADN bị cố định bởi các hạt nano Au và giữ lại khả năng của nó để lai hóa ADN bổ sung. Khả năng điều khiển sự lắp ráp của các hạt nano Au đã thu hút sự quan tâm đáng kể, và kỹ thuật mới dựa vào đo màu theo độ nhạy của vùng plasmon bề mặt để theo dõi sự sửa đổi ADN được thiết kế bởi nhóm của Mirkin Letsinger. Trong nội dung này, các hạt nano Au được sử dụng như là các khối lắp ráp, cho phép lắp ráp các đầu alkanethiol của các nucleotit thiếu, như là một sợi ADN đơn và bổ sung liên kết các sợi nucleotit (ADN) thiếu. Kết hợp các hạt nano Au được liên kết bởi các nucleotit thiếu kích thích một sự thay đổi màu từ đỏ đến xanh (màu đỏ chuyên đổi từ 520-600 nm của vùng plasmon bề mặt), đây là nền tảng cho phương pháp cảm ứng ADN. Các thông số điều khiển là thành phần hạt nano Au, tính tuần hoàn và sự ổn định của nhiệt độ tổng hợp. Các thông số này được sắp xếp để điều khiển được sự tác động tính chất quang, tính chất cơ và tính
chất điện của các hạt nano Au. Đặc biệt, sự phụ thuộc tính chất quang của vùng plasmon bề mặt của các hạt nao Au có đường kính từ 13-17 nm, đã mở ra sự phát triển của một phương pháp chẩn đoán có tính chọn lọc cao cho ADN.
Hình 1.10: Hạt nano vàng với một số đối tượng sinh học.
Các hạt nano vàng ứng dụng trong dẫn truyền thuốc: một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu (chữa bệnh bằng thuốc tây) là tính không đặc hiệu. Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh không tập trung nên các tế bào khỏe mạnh cũng bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Hiện nay, hóa học trị liệu là phương pháp rất phổ biến để điều trị bệnh ung thư. Tuy nhiên, đây cũng là phương pháp chữa bệnh phân tán và gây rất nhiều tác dụng phụ. Để thực hiện phương pháp này, trước hết người ta phải tính liều lượng mức chịu đựng cho từng bệnh nhân. Điều này có nghĩa là các bệnh nhân sức khỏe yếu không thể nhận được đủ liều lượng để chữa trị thành công. Nhưng nếu có biện pháp giữ cho thuốc không bị nhả ra trước khi đến đích không những sẽ giảm ảnh hưởng đến các tế bào khỏe mạnh, mà còn tăng được liều lượng tại nơi cần chữa trị. Một ưu điểm nổi bật của các hạt nano vàng khi ứng dụng trong y học là ngoài độ cảm từ mạnh, nó còn có tính tương thích sinh học cao. Khi được gắn kết với thuốc điều trị và đưa nó vào mạch máu, người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Hình 1.11, minh họa cơ chế dẫn thuốc của hạt nano vàng.
Hình 1.11: Hạt nano vàng sử dụng trong dẫn truyền thuốc
Các hạt nano vàng được dùng làm tác chất trong trị liệu quang nhiệt: Đây là hướng ứng dụng đã được ứng dụng rộng rãi trong y học, các nghiên cứu của Bieke Van de Broek và cộng sự cho thấy các hạt nano vàng có khả năng hấp thụ mạnh ánh sáng trong vùng hồng ngoại gần. Khi chiếu xạ laser, các hạt nano vàng chuyển đổi các photon bị hấp thu thành năng lượng nhiệt và dùng để phá vỡ các tế bào khối u [17].
Hình 1.12: Đồng vị phóng xạ của hạt vàng Au-198 kích thước vài nanomet có thể tiêu diệt được các khối u.