4 thành phần màng GMR có cấu trúc tương tự nhau, trong đó 2 phần tử đặt trong màn chắn và 2 phần tử tích cực để lộ trong từ trường 1
2.2.1 Phân tách và chọn lọc tế bào, protein, ADN
Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nano từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng.
Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường.
Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nano từ tính. Hạt nano thường dùng là hạt ô xít sắt. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA),... Hóa chất bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt nano phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hoóc-môn, acid folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các
67
hạt từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi. Đối với các tế bào lớn, kích thước của các hạt từ tính đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm nano mét. Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ trường ngoài tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài [88].
Hình 2.10. Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường. (a) một nam châm được đặt ở
bên ngoài để hút các tế bào đã được đánh dấu và loại bỏ các tế bào không được
đánh dấu. (b) Hệ sinh học và nam châm có thểđặt vào một dòng chảy có chứa tế
bào cần tách.
Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản nhất được trình bày ở Hình 2.10a. Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu (hạt từ tính bao phủ bởi một lớp CHHBM) được trộn với nhau để các lên kết hóa học giữa chất đánh dấu và tế bào xảy ra. Sử dụng một từ trường ngoài là một thanh nam châm vĩnh cửu để tạo ra một gradient từ trường giữ các hạt tế bào được đánh dấu lại. Ngoài lực hút do từ
68
trường ngoài, các tế bào còn chịu tác dụng của lực đẩy trong lòng chất lỏng. Trên thực tế lực này thường được bỏ qua. Hạn chế của phương pháp này là hiệu quả tách từ không cao [89]. Để tăng hiệu quả người ta thường dùng một gradient từ trường lớn tác động lên một dòng chảy có chứa các hạt nano từ tính cần tách lọc. Thông thường người ta cho một số sợi từ hóa hoặc tiểu cầu từ tính trong lòng các ống rồi bơm dung dịch có chứa hạt nano từ tính và tế bào liên kết với hạt nano từ tính đi qua (Hình 2.10b)[90]. Hạt nano từ tính bị sẽ dừng ở các sợi, các sợi có vai trò như nơi giam giữ hạt nano từ tính và tế bào. Phương pháp này có nhược điểm là hạt nano từ tính và tế bào có thể bị mất mát do bị tắc trong đám sợi.
Một phương pháp khác được sử dụng mà không cần sự có mặt của các đám sợi đó là dùng một gradient từ trường xuyên tâm tạo bởi bốn thanh nam châm như Hình 2.11. Gradient từ trường xuyên tâm làm các tế bào đánh dấu từ bị hút về phía thành ống rất nhanh [91]. Một cải tiến của mô hình này là áp dụng độ linh động từ tính của các tế bào đánh dấu từ khác nhau mà tách các tế bào ra khỏi dung dịch bằng phương pháp cho gradient từ trường chuyển động so với dung dịch đứng yên. Phụ thuộc vào độ linh động từ tính của tế bào đánh dấu từ tính mà các tế bào sẽ được tách ra khỏi dung dịch và được thu thập bằng một nam châm vĩnh cửu [92].
Hình 2.11. Nguyên tắc tách tế bào bằng từ trường sử dụng 4 thanh nam châm phân
69
Tách tế bào bằng từ trường đã được ứng dụng thành công trong y sinh học. Đây là một trong những phương pháp rất nhạy để có thể tách tế bào ung thư từ máu, đặc biệt là khi nồng độ tế bào ung thư rất thấp, khó có thể thực hiện bằng các phương pháp khác [93]. Người ta có thể phát hiện kí sinh trung sốt rét trong máu bằng cách đo từ tính của kí sinh trùng đánh dấu từ [94] hoặc đánh dấu các tế bào hồng cầu bằng chất lỏng từ tính [95]. Ngoài ra, trong phản ứng PCR trong sinh học nhằm khuyếch đại ADN nào đó, quá trình làm giàu ADN ban đầu cũng được thực hiện nhờ hạt nano từ tính [96].
Với nguyên tắc tương tự như phân tách tế bào, hạt nano từ tính được dùng để phân tách protein và ADN.