intTypePromotion=1

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

Chia sẻ: Hoang Son | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

0
19
lượt xem
3
download

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

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các chấm lượng tử ứng dụng trong đánh dấu sinh học đã đặt ra khả năng mới cho hình ảnh siêu nhạy và ghép các mục tiêu phân tử trong tế bào sống, các mô động vật và cơ thể con người. Chấm lượng tử hiện nay có rất nhiều ứng dụng trong y-sinh như làm chất đánh dấu hiện ảnh phân tử và tế bào cả in vitro và in vivo, làm các cảm biến sinh học. Bài báo này trình bày tổng quan về các ứng dụng đánh dấu sinh học của các chấm lượng tử trong giai đoạn hiện nay.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: 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 />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản