Các ứng dụng đánh dấu sinh học của các chấm lượng tử bán dẫn bán dẫn

Chu Việt Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 99(11): 151 - 159<br /> <br /> ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU SINH HỌC CỦA CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN<br /> Chu Việt Hà1, Trần Anh Đức1, Đỗ Thị Duyên1,<br /> Vũ Thị Kim Liên1*, Trần Hồng Nhung2<br /> 1<br /> <br /> Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên<br /> 2<br /> Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> So sánh với chất màu hữu cơ truyền thống và các protein phát quang tự nhiên, các chấm lượng tử<br /> bán dẫn có đặc tính quang học và điện tử độc đáo: có thể điều khiển ánh sáng phát xạ nhờ thay đổi<br /> kích thước, phổ phát xạ hẹp và đối xứng ,độ chói cao, thời gian sống phát quang dài và điểm đặc<br /> biệt nhất là độ bền quang cao (gấp vài trăm lần so với chất màu hữu cơ), ít bị tẩy quang, và quang<br /> phổ hấp thụ rộng dễ kích thích đồng thời của nhiều màu sắc huỳnh quang. Với các tính chất quang<br /> lý đó, việc ứng dụng các hạt nano chấm lượng tử bán dẫn phân tán được trong nước để ứng dụng<br /> cho mục đích đánh dấu sinh học đã và đang được thực hiện cả trên thế giới cũng như ở Việt Nam.<br /> Các tiến bộ gần đây giúp phát triển thiết bị thăm dò các hạt nano đa chức năng, cho thấy phát xạ<br /> của các hạt nano này là rất sáng và ổn định trong điều kiện phức tạp của cơ thể sống. Các chấm<br /> lượng tử ứng dụng trong đánh dấu sinh học đã đặt ra khả năng mới cho hình ảnh siêu nhạy và ghép<br /> các mục tiêu phân tử trong tế bào sống, các mô động vật và cơ thể con người. Chấm lượng tử hiện<br /> nay có rất nhiều ứng dụng trong y-sinh như làm chất đánh dấu hiện ảnh phân tử và tế bào cả in<br /> vitro và in vivo, làm các cảm biến sinh học. Bài báo này trình bày tổng quan về các ứng dụng đánh<br /> dấu sinh học của các chấm lượng tử trong giai đoạn hiện nay.<br /> Từ khóa: chấm lượng tử bán dẫn, đánh dấu sinh học, hạt nano<br /> <br /> TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ*<br /> Các chấm lượng tử kể từ khi được phát hiện,<br /> đã dần trở thành các chất dán nhãn huỳnh<br /> quang quan trọng dùng trong cảm biến sinh<br /> học và hiện ảnh [1]. Các chấm lượng tử là<br /> những tinh thể nano bán dẫn bao gồm các<br /> nguyên tử của các nguyên tố nhóm II - VI (ví<br /> dụ, Cd, Zn, Se, Te) hoặc III-V (ví dụ, In, P,<br /> As) trong bảng hệ thống tuần hoàn các<br /> nguyên tố hóa học. Các hiệu ứng lượng tử xảy<br /> ra khi kích thước tinh thể có thể so sánh với<br /> bước sóng de Broglie của điện tử và lỗ trống.<br /> Khi đó cả điện tử và lỗ trống đều bị giam giữ<br /> và các mức năng lượng của chúng bị lượng tử<br /> hóa. Sự giam giữ lượng tử làm gián đoạn các<br /> mức năng lượng theo chiều giam giữ và làm<br /> thay đổi mật độ trạng thái theo năng lượng.<br /> Kết quả là hấp thụ hay phát xạ của các chấm<br /> lượng tử phụ thuộc vào kích thước hạt, nghĩa<br /> là người ta có thể điều khiển được tính chất<br /> quang (ví dụ màu phát xạ huỳnh quang) theo<br /> kích thước của các chấm lượng tử. Các chấm<br /> lượng tử có phổ hấp thụ rộng, phổ phát xạ<br /> hẹp, do đó có thể linh hoạt lựa chọn bước<br /> sóng kích thích cũng như giảm thiểu sự chồng<br /> chập phổ phát xạ từ các chấm lượng tử đa<br /> *<br /> <br /> Tel: 0912 789436, Email: lienvusptn@gmail.com<br /> <br /> thành phần, làm cho chúng trở thành các chất<br /> dán nhãn tuyệt vời với sự sàng lọc thông<br /> lượng cao. Ngoài ra, việc lựa chọn bước sóng<br /> kích thích xa các bước sóng phát xạ có thể<br /> loại bỏ sự tán xạ nền. So với các chất màu<br /> hữu cơ, các chấm lượng tử có hiệu suất lượng<br /> tử tương tự nhưng hệ số dập tắt lớn hơn, làm<br /> giảm tốc độ dập tắt quang [2]. Độ chói huỳnh<br /> quang của các chấm lượng tử cũng lớn hơn độ<br /> chói của chất màu hữu cơ khoảng 10 đến 20<br /> lần và độ bền quang cao gấp 100 đến 200 lần<br /> [2]. Ngoài ra, bằng cách sử dụng các chấm<br /> lượng tử khác nhau người ta có thể đánh dấu<br /> huỳnh quang trong khoảng rộng từ vùng khả<br /> kiến đến vùng hồng ngoại gần, trong khoảng<br /> từ 400nm đến 2000nm [3]. Các chấm lượng<br /> tử thường được sử dụng trong đánh dấu sinh<br /> học là các chấm lượng tử trên cơ sở CdSe<br /> và CdTe vì phổ phát xạ của chúng trải toàn<br /> bộ vùng phổ nhìn thấy tùy thuộc vào kích<br /> thước [3].<br /> Các chấm lượng tử có phổ hấp thụ liên tục và<br /> rộng tương tự như của vật liệu bán dẫn khối<br /> với một số đỉnh. Phổ hấp thụ kéo dài từ vùng<br /> tử ngoại tới một bước sóng giới hạn trong<br /> vùng nhìn thấy, tương ứng với dịch chuyển cơ<br /> bản, được gọi là đỉnh hấp thụ thứ nhất. Các<br /> chấm lượng tử không hấp thụ ánh sáng có<br /> 151<br /> <br /> Chu Việt Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> bước sóng lớn hơn bước sóng của đỉnh hấp<br /> thụ thứ nhất. Do sự phụ thuộc của các mức<br /> năng lượng điện tử - lỗ trống vào kích thước<br /> và thành phần hóa học của chấm lượng tử nên<br /> bước sóng đỉnh hấp thụ thứ nhất cũng phụ<br /> thuộc vào kích thước và thành phần hóa học<br /> của chấm lượng tử. Các chấm lượng tử càng<br /> nhỏ thì đỉnh hấp thụ thứ nhất càng ở bước<br /> sóng ngắn. Mỗi đỉnh ứng với dịch chuyển<br /> năng lượng giữa các mức năng lượng gián<br /> đoạn của các điện tử - lỗ trống (exciton) [4].<br /> Các chấm lượng tử có phổ hấp thụ rộng nên<br /> huỳnh quang có thể được kích thích ở bước<br /> sóng nào ngắn hơn bước sóng huỳnh quang.<br /> Vì vậy nhiều chấm lượng tử với màu huỳnh<br /> quang khác nhau có thể được kích thích bằng<br /> một ánh sáng đơn sắc (hay bằng một nguồn<br /> đơn). Điều này trái ngược với chất màu hữu<br /> cơ, có tần số cộng hưởng hấp thụ chỉ trong<br /> một vùng tần số hẹp, do đó với mỗi chất màu<br /> hữu cơ chỉ có một bước sóng kích thích xác<br /> định và mỗi bước sóng xác định chỉ kích thích<br /> được một chất màu hữu cơ xác định [5, 6].<br /> Các chấm lượng tử có các mức năng lượng<br /> phụ thuộc vào kích thước nên có thể điều<br /> khiển tính chất quang theo kích thước. Hình 1<br /> trình bày ảnh phát xạ huỳnh quang của dung<br /> dịch các chấm lượng tử CdSe/CdS được chế<br /> tạo tại phòng thí nghiệm Vật lý Chất rắn,<br /> trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên với các<br /> màu phát xạ khác nhau dưới ánh sáng kích<br /> thích của đèn tử ngoại.<br /> <br /> Hình 1. Ảnh phát xạ của các chấm lượng tử<br /> CdSe/CdS dưới ánh sáng của đèn tử ngoại với các<br /> kích thước lõi CdSe từ trái sang phải là 2,5; 5 và 7<br /> nm [6]<br /> <br /> Các kết quả về nghiên cứu động học hạt tải<br /> của các các chấm lượng tử cho thấy thời gian<br /> sống phát quang của chấm lượng tử là khá<br /> lớn, khoảng 10-50 ns, lớn hơn thời gian sống<br /> huỳnh quang của các chất màu hữu cơ chỉ<br /> khoảng 5 ns [1].<br /> Đối với các chấm lượng tử mà thành phần chỉ<br /> là một loại chất bán dẫn (còn gọi là hiệu suất<br /> 152<br /> <br /> 99(11): 151 - 159<br /> <br /> lượng tử thấp, chỉ cỡ 10% do các tái hợp<br /> không phát xạ tại các trạng thái bề mặt. Để<br /> loại bỏ một cách hiệu quả và bền vững các<br /> tâm tái hợp không bức xạ tại trạng thái bề<br /> mặt, người ta thường tiến hành bọc 1 hoặc 2<br /> đơn lớp các chất bán dẫn với hằng số mạng<br /> tương tự và độ rộng vùng cấm lớn hơn độ<br /> rộng vùng cấm của bán dẫn lõi, khi đó các hạt<br /> mang điện bị bẫy trong hố thế do việc tạo vỏ<br /> bọc xung quang lõi bán dẫn bằng vật liệu bán<br /> dẫn có vùng cấm lớn hơn vật liệu làm lõi (ví<br /> dụ: vỏ ZnS bao quanh lõi CdSe). Với cấu trúc<br /> lõi - vỏ, các hạt mang điện bị giam trong hố<br /> thế, làm giảm sự tái hợp không phát xạ trên<br /> bề mặt chấm lượng tử, do đó hiệu suất lượng<br /> tử tăng lên. Ví dụ đối với tinh thể nano lõi vỏ CdSe/ZnS hiệu suất lượng tử có thể đạt<br /> đến 70-80% [5-8].<br /> Các chấm lượng tử có độ bền quang cao và<br /> cao hơn nhiều so với các chất màu hữu cơ<br /> trong cùng một điều kiện do các chấm lượng<br /> tử được tổng hợp từ vật liệu vô cơ nên chúng<br /> ít bị tẩy quang (photobleaching). Ví dụ so<br /> sánh giữa chấm lượng tử CdSe đã có lớp vỏ<br /> bọc (ví dụ CdSe/ZnS) và phân tử Rhodamine<br /> thì chấm lượng tử có độ chói cao gấp 20 lần<br /> và độ bền quang cao hơn 100 lần so với<br /> Rhodamine [5, 9]. Đây là ưu việt của chấm<br /> lượng để dùng trong các thí nghiệm sinh học<br /> diễn ra trong khoảng thời gian dài.<br /> YÊU CẦU CỦA CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ<br /> TRONG ĐÁNH SINH HỌC<br /> Vì môi trường sinh học chủ yếu là nước nên<br /> các chấm lượng tử dùng trong đánh dấu sinh<br /> học phải phân tán được trong nước. Mặt khác,<br /> các chấm lượng tử muốn đánh dấu được các<br /> đối tượng sinh học như ADN, protein, kháng<br /> thể, tế bào… thì chúng phải gắn kết được với<br /> các đối tượng sinh học đó. Vì vậy các chấm<br /> lượng tử phải có các nhóm chức hóa học thích<br /> hợp để có thể phân tán được trong nước và<br /> gắn kết với các phân tử sinh học, do đó chúng<br /> phải có lớp hợp sinh ưa nước bao quanh. Ví<br /> dụ đối với các chấm lượng tử CdSe/ZnS tồn<br /> tại trong các dung môi hữu cơ với các ligand<br /> là các phân tử TOPO, người ta phải thực hiện<br /> việc trao đổi ligand để làm sao trên bề mặt<br /> của các chấm lượng tử có các nhóm chức làm<br /> cho chấm lượng tử có thể tan được trong<br /> nước và gắn kết được với các đối tượng sinh<br /> <br /> Chu Việt Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> học. Có hai cách chính để làm các chấm<br /> lượng tử này phân tán được trong nước [3],<br /> đó là: i) thay đổi những phân tử bề mặt kỵ<br /> nước TOPO bằng những phân tử hai nhóm<br /> chức mà một đầu tan trong nước liên kết với<br /> phân tử sinh học và một đầu còn lại liên kết<br /> với bề mặt chấm lượng tử; và ii) phủ cho tinh<br /> thể nano bán dẫn kỵ nước vỏ polymer ưa<br /> nước. Trong phương pháp này đuôi kỵ nước<br /> của polymer tương tác với phân tử kỵ nước<br /> trên bề mặt tinh thể và vì vậy hình thành thêm<br /> lớp vỏ. Tính ưa nước của tinh thể nano vỏ<br /> polymer được đảm bảo bởi nhóm ưa nước của<br /> polymer quay ra ngoài.<br /> Một cách tiếp cận để có được các chấm lượng<br /> tử phục vụ cho các ứng dụng đánh dấu sinh<br /> học là chế tạo chúng trực tiếp trong môi<br /> trường nước. Trên thế giới và cả ở nước ta<br /> hiện nay, các chấm lượng tử như CdSe, CdTe<br /> đã và đang được nghiên cứu chế tạo trực tiếp<br /> trong môi trường nước phục vụ cho các ứng<br /> dụng đánh dấu sinh học, rút ngắn bớt thời<br /> gian chế tạo và giảm độ độc hại so với các<br /> chấm lượng tử chế tạo trong dung môi hữu cơ<br /> truyền thống.<br /> MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐÁNH DẤU SINH<br /> HỌC CỦA CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ<br /> Cảm biến sinh học (biosensors)<br /> Cảm biến sinh học là một thiết bị có khả năng<br /> tích hợp tác nhân sinh học enzyme, chất nền,<br /> kháng nguyên, kháng thể … trong đầu dò để<br /> đo đạc, phát hiện hoặc phân tích hóa chất.<br /> Biosensors phát hiện các phân tử sinh học<br /> quan trọng qua việc tạo ra các tín hiệu quang<br /> hoặc tín hiệu điện, từ đó nhận ra chất phân<br /> tích. Phần lớn các biosensors hoạt động trên<br /> nguyên lý nhận dạng các phân tử; các chuỗi<br /> kháng thể, peptides, protein, ADN được liên<br /> kết chặt chẽ với các phân tử đích với tính đặc<br /> hiệu cao. Các chất màu được gắn kết với các<br /> phân tử nhận biết này để tạo ra một điểm<br /> huỳnh quang khi có sự liên kết đặc hiệu.<br /> Biosensors sử dụng các chấm lượng tử có<br /> nhiều ưu điểm nổi trội so với loại sử dụng các<br /> chất đánh dấu cổ điển. Bề mặt của chấm<br /> lượng tử có thể dễ dàng thay đổi, tạo ra lộ<br /> trình đơn giản cho sự nhận biết các phân tử.<br /> Thêm vào đó, do kích thước nhỏ nên dễ cho<br /> phép đưa chúng vào sử dụng trong các thiết bị<br /> điện tử hiện nay. Nhiều loại biosensors đã<br /> <br /> 99(11): 151 - 159<br /> <br /> được nghiên cứu nhưng thông dụng nhất là<br /> loại dựa trên sự truyền năng lượng cộng<br /> hưởng huỳnh quang (fluorescence resonance<br /> energy transfer - FRET) hoặc sự kết hợp<br /> nhiều đầu dò huỳnh quang để phát hiện ra<br /> chất phân tích.<br /> Hình 2 là một ví dụ sử dụng chấm lượng tử<br /> làm biosensor. Đây là một nanosensor chấm<br /> lượng tử được dùng để phát hiện đường<br /> maltose. Chấm lượng tử được chức năng hóa<br /> bề mặt với protein liên kết với đường maltose<br /> (MBP) có chứa thành phần β-cyclodextrinQSY-9 được gắn chặt vào vị trí liên kết để<br /> dập tắt sự phát xạ của chấm lượng tử (do sự<br /> truyền năng lượng từ chấm lượng tử sang βcyclodextrin-QSY-9). Khi maltose có trong<br /> mẫu thì maltose sẽ thay thế cho thành phần βcyclodextrin-QSY-9 ngăn cản sự truyền năng<br /> lượng làm chấm lượng tử phát xạ.<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ chức năng của một nanosensor<br /> chấm lượng tử phát xạ ở 560 nm nhằm phát hiện<br /> đường maltose [9]<br /> <br /> Ví dụ về cảm biến sinh học dựa trên chấm<br /> lượng tử sử dụng trong các phép phân tích di<br /> truyền là xác định động học trong việc sao<br /> chép ADN [10]. Cảm biến sinh học ADN dựa<br /> trên kĩ thuật FRET-QD đã được Patolsky và<br /> cộng sự thực hiện [11]. ADN được kẹp giữa<br /> một đầu dò được biotin hóa và phần tử báo<br /> cáo được dán nhãn với chất màu Cy5. Một<br /> đích ngắm được dán nhãn với một chấm<br /> lượng tử được gắn streptavidin với vài<br /> oligonucleotide gắn xung quanh (xem hình 3).<br /> Chấm lượng tử QD650 và chất màu Cy5 được<br /> chọn làm cặp donor – acceptor. So với đèn<br /> hiệu phân tử thường được sử dụng trong các<br /> ứng dụng ADN lai, phương pháp này tạo ra<br /> một sự đáp ứng cảm biến cao hơn nhiều tại<br /> hầu hết các nồng độ đích được thử nghiệm.<br /> Ứng dụng làm chất đánh dấu huỳnh quang<br /> các tế bào<br /> Ứng dụng phổ biến nhất của các chấm lượng<br /> tử trong sinh học là đánh dấu huỳnh quang<br /> 153<br /> <br /> Chu Việt Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> các tế bào. Các chấm lượng tử được gắn kết<br /> với kháng thể đặc hiệu với các cấu trúc đích<br /> trong tế bào. Hình 4a mô tả các thụ thể tế bào<br /> (màu đen) được đánh dấu bởi các chấm lượng<br /> tử đã được thay đổi các ligand tương thích với<br /> các thụ thể này. Các chấm lượng tử cũng có<br /> thể được dùng để theo dõi sự phát triển của<br /> các tế bào trong nuôi cấy tế bào. Khi tế bào<br /> được đưa vào dung dịch chấm lượng tử, các<br /> chấm lượng tử bắt đầu xâm nhập vào chúng.<br /> Vì các chấm lượng tử có độ bền quang cao<br /> nên có thể quan sát sự phân chia tế bào ở trên<br /> được truyền qua cho cả các tế bào con và tín<br /> hiệu huỳnh quang có thể được quan sát trong<br /> thời gian dài. Hình 4b cho thấy nếu một tế<br /> bào trong một cụm tế bào được đánh dấu với<br /> QDs thì khi tế bào này phân chia, các tế bào<br /> con có thể quan sát được thấy.<br /> <br /> 99(11): 151 - 159<br /> <br /> nhãn tế bào chất bằng chấm lượng tử thông<br /> qua việc tiếp hợp với protein Tat bằng cách<br /> bọc pullulan chịu cholesterol (CHP) có nhóm<br /> amin đã được Hasegawa U và cộng sự thực<br /> hiện [14]. Thêm nữa, việc ghi nhãn sợi actin –<br /> F (một loại protein có trong cơ động vật) bởi<br /> QDs được bọc streptavidin [15] cho thấy có<br /> thể sử dụng chấm lượng tử để bảo vệ các<br /> protein được dán nhãn trong sự hoạt động của<br /> enzyme.<br /> <br /> Hình 4. Mô tả tế bào được đánh dấu bằng QDs (a<br /> – QDs được gắn trên các thụ thể của tế bào). Khi<br /> tế bào phân chia, có thể quan sát được các tế bào<br /> con (b) [13]<br /> <br /> Hình 3. Giản đồ hình thành một nanosensor tự<br /> tập hợp (nanosensor assembly) trong sự xuất hiện<br /> của các đích (hình trên) và huỳnh quang của Cy5<br /> xuất hiện khi kích thích QD do FRET từ QD (donor)<br /> đến Cy5 (acceptor) trong một nanosensor [12]<br /> <br /> Việc dán nhãn bên ngoài tế bào bởi các chấm<br /> lượng tử tương đối đơn giản, nhưng việc đánh<br /> dấu nội bào là khó khăn hơn rất nhiều. Có<br /> một số phương pháp để nhuộm cấu trúc nội<br /> bào bằng chấm lượng tử, song cho đến nay<br /> vẫn chưa có phương pháp nào đặc biệt thành<br /> công. Kỹ thuật vi tiêm (microinjection) đã<br /> được sử dụng trong dán nhãn tế bào chất ở<br /> phôi ếch và cá ngựa nhưng rất mất thời gian<br /> với quy định phân tích ở thể tích lớn. Chấm<br /> lượng tử hấp thụ vào tế bào qua cả hai con<br /> đường là nội bào và không bào. Việc dán<br /> 154<br /> <br /> Ứng dụng để theo dõi tế bào (cell tracking)<br /> Ứng dụng đáng chú ý của chấm lượng tử<br /> trong đánh dấu tế bào là theo dõi động học tế<br /> bào. Thay vì đánh dấu toàn bộ cấu trúc tế bào<br /> thì các phân tử riêng biệt, đơn lẻ cũng có thể<br /> được đánh dấu huỳnh quang bằng chấm lượng<br /> tử, do đó có thể theo dõi chuyển động của<br /> protein màng riêng biệt. Việc phát hiện các<br /> chuyển động của tế bào tăng cho phép đánh<br /> giá, ước lượng khả năng di căn của các tế bào<br /> ưng thư. Các tế bào khi di căn có thể “ăn”<br /> (ingest) các phân tử khác khi chúng di chuyển<br /> tới các phân tử đó, việc để lại phía sau đường<br /> dẫn được biết đến như theo dõi động học thực<br /> bào (phagokinetic track)… Chúng có thể dễ<br /> dàng gắn trên cơ chất và kích thước của<br /> chúng thì không ảnh hưởng đến chuyển động<br /> của tế bào. Trong một số thử nghiệm, người<br /> ta đã dùng chấm lượng tử để phân biệt giữa tế<br /> bào ung thư và tế bào không ung thư và chấm<br /> lượng tử vẫn còn phát quang trong hơn một<br /> tuần sau khi được gắn với tế bào. Công trình<br /> đáng chú ý của Tada và cộng sự [16] đã làm<br /> sáng tỏ cơ chế phân phối của các chấm lượng<br /> tử vào các tế bào ung thư vú của con người.<br /> Các tác giả đã sử dụng một dòng tế bào mang<br /> <br /> Chu Việt Hà và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> các thụ thể HER2 (kháng nguyên ung thư vú)<br /> có trên màng tế bào. Các chấm lượng tử được<br /> tiếp hợp với kháng thể đơn dòng trastuzumab<br /> (trastuzumab là kháng thể đơn dòng chọn lọc<br /> với protein HER2, khi liên kết với các khiếm<br /> khuyết protein HER2, protein HER2 không<br /> còn khiến các tế bào trong vú sinh sản không<br /> kiểm soát được; làm tăng sự sống còn của<br /> người bị ung thư) cho hiển thị các hạt nano<br /> trong mạch máu phục vụ các tế bào khối u ở<br /> chuột. Các chấm lượng tử đã giúp xác định<br /> vận tốc và hướng dịch chuyển, sự liên kết của<br /> kháng thể với kháng nguyên HER2 trên màng<br /> tế bào, và sự di chuyển vào khu vực xung<br /> quanh nhân tế bào (perinuclear) (hình 5).<br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ minh họa phức chấm lượng tử –<br /> kháng thể trastuzumab lưu thông trong mạch máu<br /> khối u di chuyển đến các thụ thể HER2 trên tế bào<br /> ung thư vú [16]<br /> <br /> Những ứng dụng in vivo của chấm lượng tử<br /> Ứng dụng hấp dẫn nhất của đánh dấu chấm<br /> lượng tử là sử dụng được trong các phân tích<br /> in vivo [3, 17]. Sự ổn định lâu dài và độ sáng<br /> của chấm lượng tử làm cho chúng trở nên lý<br /> tưởng cho hiện ảnh trong cơ thể sống.Tuy<br /> nhiên, ứng dụng này vẫn còn đầy thách thức.<br /> Đối với các chất màu truyền thống không có<br /> ứng dụng này. Sự truyền qua của ánh sáng<br /> kích thích và phát xạ trong cơ thể sống là rất<br /> khó, chẳng hạn như mô chỉ cho ánh sáng<br /> hồng ngoại truyền qua. Mặt khác sự chuyển<br /> hóa và tính thích ứng sinh học của các tinh<br /> thể nano in vivo phức tạp hơn trong các tế bào<br /> đơn lẻ. Phần lớn các hạt nano chấm lượng tử<br /> được dùng trong các ứng dụng sinh học được<br /> dựa trên cấu trúc Cd-X, với X là Te, S, Se. Cd<br /> gây ra trở ngại cho việc tái tổ hợp cặp đôi của<br /> ADN, là chất gây ung thư. Sự thụ động hóa<br /> bề mặt và tạo lớp vỏ bọc có thể làm giảm bớt<br /> đáng kể nguy cơ xuất hiện của Cd tự do. Với<br /> độ chói tốt, độ bền quang cao khi kích thích<br /> <br /> 99(11): 151 - 159<br /> <br /> bằng laser trong khoảng thời gian dài và tối<br /> ưu hóa lớp vỏ bọc đã cho thấy rằng lớp bọc<br /> đặc hiệu polyethylene glycol (PEG) đã làm<br /> tăng thời gian lưu thông in vivo, tăng độ bền<br /> và giảm sự kết bám không đặc hiệu tối đa.<br /> Đây là những yếu tố cần thiết và quan trọng<br /> trong hiện ảnh in vivo.<br /> Thí nghiệm in vivo đầu tiên là hiện ảnh mặt<br /> cắt (section) của mô trong các cơ quan của<br /> chuột sau khi tiêm vào tĩnh mạch chuột một<br /> lượng chấm lượng tử đã gắn kết với peptide.<br /> Các ứng dụng gần đây chủ yếu tập trung vào<br /> hiện ảnh động vật sống kết hợp với kính hiển<br /> vi đa photon (multiphoton exitation<br /> microscopy) hoặc với việc dùng các tinh thể<br /> QDs bức xạ hồng ngoại gần (NIR). Thiết diện<br /> hấp thụ hai photon lớn của chấm lượng tử cho<br /> phép phát hiện các mẫu dày với hiệu suất cao<br /> hơn nhờ kính hiển vi kích thích đa photon. Sử<br /> dụng kỹ thuật này có thể phát hiện được hàng<br /> trăm các tín hiệu huỳnh quang ở độ sâu<br /> micromet dưới da của chuột sống và của các<br /> mẫu mô dày và quan sát được các mạch máu<br /> của khối u, theo dõi sự di chuyển của các tế<br /> bào đã được đánh dấu bằng chấm lượng tử,<br /> điều này không thể làm được với các chất<br /> đánh dấu truyền thống. Những phát hiện này<br /> chứng tỏ chấm lượng tử có tiềm năng trong<br /> vai trò chất đánh dấu trong các nghiên cứu<br /> sinh lý học bệnh lý khối u và là các hạt dẫn<br /> truyền thuốc.<br /> Những ứng dụng in vitro của chấm lượng tử<br /> Với những nỗ lực không ngừng trong việc<br /> phát triển các đặc tính thích ứng sinh học của<br /> chấm lượng tử, các hạt nano gắn kết được với<br /> các kháng thể, peptide, và ADN đã được chế<br /> tạo và sử dụng để nhận biết các tế bào và mô<br /> đặc hiệu, nhờ đó cho phép đánh dấu đa kênh<br /> và thực hiện những nghiên cứu đòi hỏi thời<br /> gian dài [18]. Dahan và cộng sự [19] đã phát<br /> triển phương pháp nghiên cứu các mô hình<br /> đơn tinh thể nano phát quang sử dụng kính<br /> hiển vi lệch tiêu (defocused microscopy).<br /> Bằng cách liên kết các mô hình này với các<br /> cấu trúc tinh thể nano phát quang lưỡng cực<br /> (emission dipoles), các nhà thực nghiệm đã<br /> xác định được sự định hướng 2 chiều của các<br /> hạt nano và đã thành công khi ứng dụng công<br /> nghệ này để theo dõi sự định hướng màng thụ<br /> thể đơn (single membrance reception) trong<br /> các tế bào sống. Các chấm lượng tử cũng<br /> 155<br /> <br />