- Máy khuấy từ gia nhiệt Van điều chỉnh
T tr ng ngoài
4.7.1 Khái quát tình hình nghiên cứu liên quan nội dung nghiên cứu
Trong nghiên cứu cơ bản của sinh học phân tử, sinh học tế bào, để hiểu rõ cấu trúc, chức năng của hàng loạt các phân tử sinh học, thì người ta phải phân tích các phân tử đó một cách riêng biệt. Các phương pháp xác định đặc trưng về chức năng của các phân tử sinh học hay các thành phần của tế bào hiện nay đòi hỏi các phần tử đó ở dạng tinh khiết và hoạt động. Trong sản xuất các chế phẩm sinh học, việc thu nhận riêng các phân tử có hoạt tính sinh học mong muốn ra là một công đoạn quan trọng để tạo ra sản phẩm. Do đó, việc phân tách các phân tử sinh học đã được nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trong rất nhiều năm qua.
Việc phân tách các phân tử sinh học cơ bản như protein hay ADN thường dựa trên các tính chất hóa lý khác nhau của các phân tử này- như điện tích, kích thước, độ hòa tan và ái lực liên kết đặc hiệu với các cơ chất nhất định. Hiện tại có 3 phương pháp chính để phân tách protein hay ADN là phương pháp sắc ký, điện di và ly tâm siêu tốc [125]
Phương pháp sắc ký là quá trình phân tách các thành phần trong một mẫu dựa trên sự khác nhau về ái lực của các chất trong pha động với pha tĩnh. Pha động là một chất lỏng hay khí chẩy qua pha tĩnh, thường là các hạt rắn được nhồi trong một cột. Khi một hỗn hợp protein được đưa vào pha động và cho chẩy qua cột, thì sự phân tách các protein thành phần sẽ diễn ra do protein nào có ái lực mạnh hơn với pha tĩnh sẽ di chuyển trong cột chậm hơn so với protein liên kết với pha động tốt hơn. Ái lực của protein với pha tĩnh có thể dựa trên một số tương tác khác nhau, ví dụ như lực tương tác ion trong sắc ký trao đổi ion, hay lực hấp phụ lên pha tĩnh trong sắc ký hấp phụ. Trong sắc ký lọc gel hay rây phân tử, thì các phân tử được phân tách dựa trên sự khác nhau
141
về kích thước và hình dáng của chúng. Sắc ký ái lực sử dụng ái lực đặc hiệu giữa các protein và một số phân tử liên kết đặc hiệu của chúng.
Các phân tử sinh học như protein, ADN, ARN còn được phân tách dựa trên sự khác nhau về điện tích của chúng. Dưới ảnh hưởng của điện trường thì các phân tử này sẽ di chuyển với tốc độ phụ thuộc vào điện tích tổng của chúng, kích thước và hình dạng của chúng, cường độ của điện trường, và bản chất của môi trường mà các phân tử này di chuyển trong đó.
Các thành phần của tế bào hay các phân tử sinh học có trọng lượng phân tử cao (polymer) còn được phân tách dựa trên sự khác nhau về trọng lượng và kích thước dựa trong thiết bị sử dụng lực ly tâm [126]. Các phân tử sinh học được phân tách khỏi nhau trong các máy siêu ly tâm với lực ly tâm lên tới 600.000 lần trọng lực của Trái đất.
Tuy đã được phát triển từ rất lâu, nhưng gần đây việc phân tách các phân tử sinh học bắt đầu sử dụng các thành quả mới trong việc phát triển hạt nano sắt từ và vật liệu nano từ lai hợp nói chung để cải thiện hiệu quả của các phương pháp phân tách đang có [127]. Có rất nhiều ưu điểm của việc phân tách bằng từ trường. Lực từ có ưu điểm so với các lực tương tác hóa lý khác là nó không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện hóa học như pH, nồng độ hay điện tích bề mặt của phân tử sinh học và môi trường của nó. Gần đây vật liệu từ đã được nghiên cứu phát triển các quá trình tinh sạch và kỹ thuật phân tách mới [128,129,130,131] và đã chứng minh được có hiệu quả phân tách cao, dễ thực hiện và thiết bị không quá đắt tiền. Các hạt nano từ đóng vai trò nòng cốt trong kỹ thuật phân tách và làm tinh sạch dung dịch. Một trong những đặc tính quan trọng nhất của các hạt nano là chúng có tỷ số diện tích bề mặt trên thể tích lớn, hạt càng nhỏ làm cho diện tích bề mặt càng lớn. Điều này dẫn tới khả năng tạo liên kết rất tốt với các phối tử sinh học [132].
142