Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu mô hình vật lý của virut

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------o0o-------------

BÙI THỊ LỆ QUYÊN

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA VIRUT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HÀ NỘI – 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-------------o0o-------------

Bùi Thị Lệ Quyên

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA VIRUT

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết – Vật lý toán

Mã số: 60. 44. 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS. TSKH. Nguyễn Ái Việt

HÀ NỘI – 2011

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới GS.TSKH

Nguyễn Ái Việt - người thầy đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt

quá trình tôi làm luận văn.

Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật Lý trường Đại học Khoa học

Tự nhiên và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Vật lý lý thuyết đã trực tiếp

gảng dạy và giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này.

Cảm ơn các thầy cô, các anh chị và các bạn trong viện vật lý đã giúp đỡ, tạo

môi trường làm việc tốt nhất cho tôi trong quá trình làm luận văn.

Cảm ơn các đồng nghiệp trong bộ môn Y Vật Lý và các thầy trong Ban

giám hiệu trường Đại học Y Thái Bình đã tạo điều kiện cho tôi được đi học và

hoàn thành tốt luận văn của mình.

Con xin cảm ơn gia đình đã cổ vũ, động viên và là chỗ dựa tinh thần cho

con trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình con làm luận văn.

Bùi Thị Lệ Quyên

Hà nội, ngày 10 tháng10 năm 2011

Mục lục

Mở đầu 1

Chương 1. Tổng quan về virut ..................................................................... 5

1.1 Lịch sử nghiên cứu về virut.................................................................... 5

1.2 Các định nghĩa về virut.......................................................................... 7

1.3 Hình thái, cấu trúc và đặc tính của virut................................................ 9

1.4 Tính tự nhiên của virut......................................................................... 15

Chương 2. Mô hình lý thuyết Ohshima cho hạt nanô xốp ....................... 18

2.1 Phương trình Poisson – Boltzman ...................................................... 19

2.2 Thế Donnan ......................................................................................... 22

2.3 Độ linh động điện chuyển của hạt nanô xốp ....................................... 24

Chương 3. Mô hình bề mặt đơn giản của virut ........................................ 33

3.1 Kết quả thực nghiệm đối với thực khuẩn thể MS2..............................33

3.2 Mô hình của Ohshima ......................................................................... 36

3.3 Mô hình mật độ điện thế bề mặt hiệu dụng ......................................... 40

3.4 Gần đúng Padé .................................................................................... 42

3.5 Gần đúng Padé mở rộng ..................................................................... 44

Kết luận

47

Tài liệu tham khảo

48

Danh sách hình vẽ

Hình 1.1. Kích thước và hình thái của một số virut điển hình......................... 9

Hình 1.2. Cấu trúc đối xứng xoắn của virut .................................................. 10

Hình 1.3. Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện ............................................. 11

Hình 1.4. A- Sơ đồ virut hình que với cấu trúc đối xứng xoắn; B - Sơ đồ virut

đa diện đơn giản nhất; C – Sự đối xứng của hình đa diện ............................. 12

Hình 1.5. Cấu tạo virut có vỏ ngoài ...............................................................13

Hình 1.6. Các virut khác nhau dưới kính hiển vi điện tử................................16

Hình 2.1. Một hạt xốp trở thành một hạt cứng khi bỏ đi lớp bề mặt và trở

thành khối cầu rỗng các chất điện phân khi bỏ đi hạt ở nhân ........................ 19

Hình 2.2. Giản đồ biểu diễn phân bố ion (a) và phân bố thế (b) cắt ngang của

một lớp bề mặt có thể bị xâm nhập bởi ion ................................................... 20

Hình 2.3. Một hạt xốp được đặt trong điện trường ngoài E. Bán kính lõi a và

bề dày lớp điện phân d bao quanh hạt (b = a + d) ........................................ 24

Hình 2.4. Biểu diễn lược đồ của sự phân bố vận tốc chất lỏng u(x). (a) là sự

phân bố thế ψ(x); (b) xung quanh một hạt xốp và độ linh động điện chuyển

của một hạt xốp phụ thuộc vào nồng độ điện phân n (c) (bên trái), so với hạt

Hình 3.1. Hình ảnh chụp MS mất ARN (a) và MS2 chưa xử lí (b) bằng kính

cứng (bên phải)............................................................................................... 32

Hình 3.2. Hình ảnh SAXS của MS2 và MS2 mất ARN có nồng độ khác nhau

và tách riêng trong môi trường 100mM CaCl2 .............................................. 34

Hình 3.3. Độ linh động điện chuyển của MS2 chưa xử lí và MS2 mất ARN

trong dung dịch 1mM NaCl có nồng độ pH thay đổi do HCl và NaOH ....... 35

Hình 3.4. Độ linh động điện chuyển của MS2 chưa xử lí và MS2 mất ARN

trong dung dịch NaCl (a) và CaCl2 (b) có nồng độ pH 5.9 không đổi .......... 36

hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .................................................................. 33

Hình 3.5. Kết quả tính toán cho truờng hợp năng lượng năng lượng điện tích

lõi rất nhỏ so với vỏ capsid. ........................................................................... 39

Hình 3.6. Đồ thị phân bố điện thế lớp vỏ virut theo mô hình của Ohshima. Kết

quả được vẽ theo sự phụ thuộc vào bán kính của virut.................................. 40

Hình 3.7. Đồ thị phân bố điện thế lớp của vỏ virut theo mô hình mật độ điện

thế bề mặt hiệu dụng và mô hình Ohshima.................................................... 42

Hình 3.8. Đồ thị phân bố điện thế lớp của vỏ virut theo mô hình gần đúng

Padé và mô hình Ohshima ........................................................................... 45

MỞ ĐẦU

Từ nửa cuối thế kỉ XX khoa học phát triển rất mạnh theo định hướng

kết hợp. Thông thường, mỗi ngành khoa học đều có đối tượng riêng, hệ thống

khái niệm riêng, phương pháp riêng và những quy luật riêng của chính mình.

Trong giai đoạn kết hợp, khi đi tìm con đường phát triển tiếp theo, không ít

ngành khoa học đã tìm cách ứng dụng những khái niệm, những phương pháp,

những quy luật của mình lên đối tượng vốn là truyền thống nghiên cứu của

các ngành khoa học khác. Hoá sinh, lý sinh là những ngành mới hình thành

theo xu hướng ấy, những ngành khoa học độc lập mang đặc trưng liên ngành

hay giao ngành. Và trên thực tế, những ngành khoa học mới như vậy đã đem

lại những hiểu biết mới mẻ về sự sống, để rồi trên cơ sở đó đem lại những tiến

bộ quan trọng trong y học.

Lý sinh chính là sự xâm nhập một cách hệ thống và trọn vẹn của vật lý

vào sinh học. Trong giai đoạn đầu, nhìn chung vật lý chỉ lấy thế giới không

sống làm đối tượng nghiên cứu của mình. Nhưng rồi càng ngày sự sống càng

trở nên một thách thức lớn lao, một niềm khao khát khám phá mãnh liệt,

khiến các nhà vật lý không thể không lưu tâm. Sự sống có tuân theo các quy

luật vật lý hay không, và nếu có, hình thức thể hiện của nó có gì khác với vật

luật về sự sống, đã bắt đầu tìm kiếm sự hỗ trợ của các khái niệm và phương

pháp vật lý. Cuốn sách nhỏ của Schrodinger, một nhà vật lý nổi tiếng mà tên

tuổi đã trở thành bất tử trong vật lý lượng tử, mang một tên gọi rất sinh vật:

“Sự sống là gì?”, là một bước mở đầu như thế. Xa hơn nữa là những nghiên

cứu về chuyển động của máu trong hệ tuần hoàn, là cơ chế hấp thụ âm thanh

hay ánh sáng của cơ thể sống ngay từ thế kỉ XVII… Đến giữa thế kỉ XX, đã

hình thành đầy đủ các học thuyết về sinh học phóng xạ, năng lượng sinh vật

học, quang sinh học…

lý thông thường?... Mặt khác, chính các nhà sinh vật học, khi tìm hiểu các quy

Có thể xem lý sinh là ngành khoa học nghiên cứu những quá trình vật

lý và hoá lý xảy ra trong cơ thể sống, nghiên cứu tính chất và cấu trúc của các

cao phân tử sinh vật cũng như ảnh hưởng của các tác nhân vật lý lên các hệ

thống sống. Chính trên cở sở của những nghiên cứu đó, đã hình thành những

phương pháp, tạo ra những thiết bị giúp chúng ta vừa tìm hiểu thế giới sống

sâu sắc hơn lại vừa tác động lên cơ thể sống một cách hiệu quả hơn. Lý sinh

đã ra đời như một tất yếu trong quy luật phát triển nội tại của bản thân hệ

thống khoa học.

Bước sang thế kỉ XXI, cùng với sự phát triển của khoa học và công

nghệ nano trong bán dẫn, điện tử, các vật liệu mới…, nghiên cứu cơ bản trong

lĩnh vực lý sinh ở cấp độ phân tử đã trở thành một hướng nghiên cứu đang

phát triển mạnh trên thế giới. Đối tượng nghiên cứu là các hệ sinh học với

kích thước từ vài đến vài trăm nanomet như các loại virut, protein, ADN,

ARN, các màng sinh chất, các quá trình xảy ra trong tế bào… Bằng các

phương pháp thực nghiệm tiên tiến như cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), tán

xạ tia X, hiển vi lực nguyên tử (AFM) .... người ta đã có thể xác định được

chính xác cấu trúc 3 chiều của protein và ADN, kéo duỗi từng phân tử protein

hoặc ADN bằng các lực cơ học cỡ nano niutơn, tìm hiểu cơ chế của một số

dịch bệnh do vi rút gây nên (bệnh đậu mùa, cúm ...)... Các nghiên cứu lý

động học phân tử, Monte Carlo ở các cấp độ lượng tử, cổ điển và bán cổ điển.

Vào những năm đầu của thế kỷ trước các virut đầu tiên được phân loại

chỉ bằng một cách đơn giản là cho chúng đi qua màng lọc vi khuẩn. Nhưng

khi số lượng virut tăng lên thì lúc đó phải phân biệt chúng dựa vào kích

thước, vào vật chủ và vào các triệu trứng bệnh do chúng gây ra. Ví dụ, tất cả

các virut động vật có khả năng gây viêm gan đều xếp thành một nhóm gọi là

virut viêm gan hay tất cả các virut thực vật có khả năng gây đốm trên lá cây

thuyết cũng phát triển mạnh mẽ sử dụng các công cụ mô phỏng máy tính như

đều xếp vào một nhóm gọi là virut đốm. Về sau, vào những năm 30, nhờ sự

bùng nổ về kỹ thuật, đã giúp người ta mô tả được các đặc điểm vật lý của

nhiều loại virut, cung cấp nhiều đặc điểm mới để có thể phân biệt được

các virut khác nhau. Các kỹ thuật này bao gồm phương pháp phân lập, tinh

sạch virut, xác định đặc điểm hoá sinh của các virion, các phương pháp huyết

thanh học và đặc biệt là sự ra đời của kính hiển vi điện tử đã giúp mô tả được

hình thái của nhiều loại virut khác nhau.

Bản luận văn này cũng đi theo hướng liên ngành nói trên. Ở đây chúng tôi

nghiên cứu mô hình vật lí của virut với mong muốn đưa ra kết quả đơn giản

hơn so với các mô hình virut trước đây của các tác giả khác. Trong bản luận

văn này chúng tôi tìm hiểu mô hình virut của Ohshima, xây dựng mô hình

mật độ điện thế bề mặt hiệu dụng và dùng phương pháp gần đúng Padé để tìm

ra phân bố thế của bề mặt virut. Và kết quả thu được hi vọng sẽ đáp ứng tốt

hơn mong muốn của các nhà nghiên cứu thực nghiệm.

Luận văn này gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung, kết luận và tài liệu

tham khảo.

Phần mở đầu giới thiệu một cách khái quát đối tượng nghiên cứu, phương

pháp và mục đích nghiên cứu của luận văn.

Chương II: Mô hình lý thuyết Ohshima của hạt nanô xốp

Chương III: Mô hình bề mặt đơn giản của virut

Phần kết luận chúng tôi khái quát lại những kết quả đã thu được trong

luận văn và so sánh sự phù hợp của nó với các kết quả hiện nay và đưa ra gần

đúng Padé mở rộng có tính tổng quát hơn.

Chương I: Tổng quan về virut

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VIRUT

1.1 Lịch sử nghiên cứu của virut

"Virut" từ lâu đã được dùng để chỉ các chất độc ví như nọc độc rắn sau

này để chỉ các nhân tố gây bệnh dịch do nhiễm trùng. Vào cuối thế kỉ 19

người ta đã phân lập nhiều loại vi khuẩn và chứng minh chúng gây ra nhiều

loại bệnh dịch. Nhưng có một số bệnh dịch lại không do vi khuẩn gây ra như

dịch lở mồm, long móng và huỷ hoại da ở động vật, đậu mùa, viêm não, quai

bị.... mà nguyên nhân lại do virut [1].

Ngay từ năm 1883 nhà khoa học người Đức Adolf Mayer khi nghiên cứu

bệnh khảm cây thuốc lá đã nhận thấy bệnh này có thể lây nếu phun dịch ép lá

cây bị bệnh sang cây lành, tuy nhiên ông không phát hiện được tác nhân gây

bệnh.

Năm 1884 Charles Chamberland đã sáng chế ra màng lọc bằng sứ để

tách các vi khuẩn nhỏ nhất và vào năm 1892 nhà thực vật học người Nga

Dimitri Ivanovski đã dùng màng lọc này để nghiên cứu bệnh khảm thuốc lá.

Ông nhận thấy dịch ép lá cây bị bệnh đã cho qua màng lọc vẫn có khả năng

nhiễm bệnh cho cây lành và cho rằng tác nhân gây bệnh có lẽ là vi khuẩn có

khuẩn tiết ra. Giả thuyết về độc tố qua màng lọc đã bị bác bỏ.

Vào năm 1898 khi nhà khoa học người Hà Lan Martinus Beijerinck

chứng minh được rằng tác nhân lây nhiễm là chất độc sống (Contagium

vivum fluidum) và có thể nhân lên được. Ông tiến hành phun dịch ép lá cây

bệnh cho qua lọc rồi phun lên cây và khi cây bị bệnh lại lấy dịch ép cho qua

lọc để phun vào các cây khác. Qua nhiều lần phun đều gây được bệnh cho

kích thước nhỏ bé đến mức có thể đi qua màng lọc, hoặc có thể là độc tố do vi

cây. Điều đó chứng tỏ tác nhân gây bệnh phải nhân lên được vì nếu là độc tố

thì năng lực gây bệnh sẽ phải dần mất đi.

Năm 1901 Walter Reed và cộng sự ở Cuba đã phát hiện tác nhân gây

bệnh sốt vàng, cũng qua lọc. Tiếp sau đó các nhà khoa học khác phát hiện ra

tác nhân gây bệnh dại và đậu mùa. Tác nhân gây bệnh đậu mùa có kích thước

lớn, không dễ qua màng lọc, do đó các tác nhân gây bệnh chỉ đơn giản gọi là

virut.

Năm 1915 nhà vi khuẩn học người Anh Frederick Twort và năm 1917

nhà khoa học người Pháp Felix d'Hérelle đã phát hiện ra virut của vi khuẩn và

đặt tên là Bacteriophage gọi tắt là phage.

Năm 1935 nhà khoa học người Mỹ Wendell Stanley đã kết tinh được các

hạt virut gây bệnh đốm thuốc lá (TMV). Rồi sau đó TMV và nhiều loại virut

khác đều có thể quan sát được dưới kính hiển vi điện tử.

Như vậy nhờ có kỹ thuật màng lọc đã đem lại khái niệm ban đầu về virut

và sau đó nhờ có kính hiển vi điện tử đã có thể quan sát được hình dạng của

virut, tìm hiểu được bản chất và chức năng của chúng [1].

Ngày nay virut được coi là thực thể chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước

siêu nhỏ và có cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm một loại acid nucleic, được bao

thế chúng là ký sinh nội bào bắt buộc.

Virut có khả năng gây bệnh ở mọi cơ thể sống từ vi khuẩn đến con người,

là thủ phạm gây thiệt hại nặng nề cho ngành chăn nuôi, gây thất bát mùa

màng và cản trở đối với ngành công nghiệp vi sinh vật [9] . Từ những thập kỷ

cuối của thế kỷ XX trở lại đây ngày càng xuất hiện các dạng virut mới lạ ở

người, động vật mà trước đó y học chưa hề biết tới, đe doạ mạng sống của

bởi vỏ protein. Muốn nhân lên virut phải nhờ bộ máy tổng hợp của tế bào, vì

con người. Sau HIV, SARS, Ebola, cúm A H5N1 sẽ còn bao nhiêu loại nữa sẽ

xuất hiện để gây tai hoạ cho con người.

Mặt khác, do có cấu tạo đơn giản và có genom nhiều kiểu với cơ chế sao

chép khác hẳn ở các cơ thể khác nên virut được chọn là mô hình lý tưởng để

nghiên cứu nhiều cơ chế sinh học ở mức phân tử dẫn đến cuộc cách mạng

sinh học cận đại: Sinh học phân tử, di truyền học phân tử. Vì những lý do trên

việc nghiên cứu virut đã được đẩy mạnh và trở thành một ngành khoa học độc

lập rất phát triển [1], [7] .

1.2 Các định nghĩa về virut

Người ta định nghĩa virut theo nhiều cách:

1.2.1 Định nghĩa theo kích thước

Độ lớn của virut có kích thước dưới kính hiển vi, có nghĩa là nó có kích

thước nhỏ hơn cả sự phân biệt bằng kính hiển vi quang học. Kích thước của

virut khác nhiều so với vi khuẩn. Kích thước của virut lớn nhất là 400nm và

nhỏ nhất là 13nm - 20nm. Đo kích thước của virut tương đối dễ dàng và chính

xác. Đối với virut có kích thước lớn có thể đo bằng kính hiển vi thường, bằng

phương pháp nhuộm màu, còn loại virut có kích thước nhỏ có thể đo và quan

sát dưới kính hiển vi điện tử.

vào một số yếu tố khác như nhiệt độ của môi trường, độ nhớt, tốc độ quay và

kích thước trục quay.

Độ lắng của virut tỉ lệ với kích thước của virut, ngoài ra còn phụ thuộc

1.2.2 Định nghĩa theo sự sinh sản

Virut có khả năng sinh sản nghĩa là từ một phần virut xuất hiện thành

10 - 100 các phần mới. Quá trình sinh sản của virut chỉ xảy ra bên trong tế

bào. Mỗi virut sinh sản đặc biệt ở mỗi nơi khác nhau. Nó không có khả năng

sinh sản ở ngoài tế bào sống. Virut sinh sản ở từng loại tế bào là khác nhau.

Chúng nhờ tế bào vật chủ để tạo ra các virut mới.

1.2.3 Định nghĩa theo sự gây bệnh

Virut sau khi chui vào tế bào vật chủ gây ra ở đó quá trình nhiễm bệnh.

Dấu hiệu là tế bào bị bệnh khác với tế bào bình thường về cấu trúc kháng

nguyên. Tế bào sau khi bị virut xâm nhập đã trở thành nguyên liệu virut. Một

cơ thể nhất định nếu có nhiều tế bào bị hỏng thì xuất hiện dấu hiệu bệnh.

1.2.4 Định nghĩa theo sự nhiễm

Virut là tác nhân mang, nếu như ta tách virut từ tế bào này mang đến tế

bào khác thì khả năng này không làm được. Ở cơ quan này thì sinh sản bình

thường nhưng không có khả năng chui vào tế bào mới. Virut cũng mất tính

chất nhiễm như ở vi khuẩn bởi các tác nhân vật lí, hoá học, tia tử ngoại,

ester...., nhưng glycerin lại làm tăng hoạt động của virut.

1.2.5 Định nghĩa về mặt di truyền

Virut như là một cá thể trong khi nhân lên cho ra các cá thể con và

đồng thời xuất hiện những đặc điểm di truyền. Thường gặp trong tự nhiên hay

khi thí nghiệm có thể xuất hiện sự thích nghi của virut đến mỗi vật chủ nhất

kháng nguyên, khả năng gây bệnh hay miễn dịch.

Tóm lại: Virut là vật thể có kích thước dưới kính hiển vi, cảm ứng ở tế

bào sống, có tính chất di truyền, nhiễm và gây nhiễm. Hay có thể nói cách

khác: Virut có kích thước nhỏ bé, kí sinh nội bào, có khả năng gây bệnh, kí

sinh ở mức độ di truyền [1].

định. Ví dụ như ái lực đối với vật chủ và động vật nhất định, bởi chất lượng

1.3 Hình thái, cấu trúc và đặc tính của virut

1.3.1 Cấu tạo cơ bản

Tất cả các virut đều có cấu tạo gồm hai thành phần cơ bản: lõi là acid

nucleic (tức genom) và vỏ là protein gọi là capsid, bao bọc bên ngoài để bảo

vệ acid nucleic. Phức hợp bao gồm acid nucleic và vỏ capsid gọi là

nucleocapsid hay xét về thành phần hoá học thì gọi là nucleoprotein. Đối với

virut ARN thì còn gọi là ribonucleoprotein. Genom của virut có thể là ADN

hoặc ARN, chuỗi đơn hoặc chuỗi kép, trong khi genom của tế bào luôn là

ADN chuỗi kép, và trong tế bào luôn chứa hai loại acid nucleic, ADN và

ARN [11].

1.3.2 Vỏ capsid

Capsid là vỏ protein được cấu tạo bởi các đơn vị hình thái gọi là

capsome. Capsome lại được cấu tạo từ 5 hoặc 6 đơn vị cấu trúc gọi là

protome.

Hình 1.1: Kích thước và hình thái của một số virut điển hình

- Pentame (penton) có 5 protome nằm trên các đỉnh của khối đa diện, còn

hexame (hexon) tạo thành các cạnh và bề mặt hình tam giác.

- Capsid có khả năng chịu nhiệt, pH và các yếu tố ngoại cảnh nên có chức

năng bảo vệ lõi acid nucleic.

- Trên mặt capsid chứa các thụ thể đặc hiệu, hay là các gai glicoprotein, giúp

cho virut bám vào các thụ thể trên bề mặt tế bào. Đây cũng chính là các kháng

nguyên kích thích cơ thể tạo đáp ứng miễn dịch.

- Vỏ capsid có kích thước và cách sắp xếp khác nhau khiến cho virut có hình

dạng khác nhau. Có thể chia ra ba loại cấu trúc: đối xứng xoắn, đối xứng hình

khối và cấu trúc phức tạp (Hình 1.1) [1].

 Cấu trúc đối xứng xoắn

Hình 1.2: Cấu trúc đối xứng xoắn của virut

Sở dĩ các virut có cấu trúc này là do capsome sắp xếp theo chiều xoắn

của acid nucleic. Tuỳ loại mà có chiều dài, đường kính và chu kỳ lặp lại của

các nucleocapsid khác nhau. Cấu trúc xoắn thường làm cho virut có dạng hình

que hay hình sợi ví dụ virut đốm thuốc lá (MTV), dại (rhabdo), quai bị, sởi

(paramyxo), cúm (orthomyxo). Ở virut cúm các nucleocapsid được bao bởi vỏ

ngoài nên khi quan sát dưới kính hiển virut điện tử thấy chúng có dạng cầu.

 Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện 20 mặt

Hình 1.3: Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện

Ở các virut loại này, capsome sắp xếp tạo vỏ capsid hình khối đa diện

với 20 mặt tam giác đều, có 30 cạnh và 12 đỉnh. Đỉnh là nơi gặp nhau của 5

cạnh, thuộc loại này gồm các virut adeno, reo, herpes và picorna. Gọi là đối

xứng vì khi so sánh sự sắp xếp của capsome theo trục. Ví dụ đối xứng bậc 2,

bậc 3, bậc 5, khi ta xoay với 1 góc 1800 (bậc 2), 1200 (bậc 3) và 720 (bậc 5)

thì thấy vẫn như cũ.

Các virut khác nhau có số lượng capsome khác nhau. Virut càng lớn, số

lượng capsome càng nhiều. Dựa vào số lượng capsome trên mỗi cạnh có thể

tính được tổng số capsome của vỏ capsid theo công thức sau:

N = 2 (n -1) + 2

Trong đó N - tổng số capsome của vỏ capsid, n-số capsome trên mỗi cạnh [1].

 Virut có cấu tạo phức tạp

Một số virut có cấu tạo phức tạp, điển hình là phage và virut đậu mùa.

Phage có cấu tạo gồm đầu hình khối đa diện, gắn với đuôi có cấu tạo đối xứng

xoắn. Phage T chẵn (T2, T4, T6) có đuôi dài trông giống như tinh trùng, còn

phage T lẻ (T3,T7) có đuôi ngắn, thậm chí có loại không có đuôi.

Virut đậu mùa có kích thước rất lớn, hình viên gạch. Ở giữa là lõi lõm

hai phía trông như quả tạ. Đối diện với hai mặt lõm là hai cấu trúc dạng thấu

kính gọi là thể bên. Bao bọc lõi và hai thể bên là vỏ ngoài.

Hình 1.4:

A- Sơ đồ virut hình que với cấu trúc đối xứng xoắn (virut khảm thuốc lá).

Capsome sắp xếp theo chiều xoắn của acid nucleic.

B- Sơ đồ virut đa diện đơn giản nhất. Mỗi mặt là một tam giác đều. Đỉnh do 5

cạnh hợp lại. Mỗi cạnh chứa 3 capsome.

C- Sự đối xứng của hình đa diện thể hiện khi quay theo trục bậc 2 (1800), bậc

3 (1200) và bậc 5 (720) [12] .

1.3.3 Vỏ ngoài

Một số virut có vỏ ngoài (envelope) bao bọc vỏ capsid. Vỏ ngoài có

nguồn gốc từ màng sinh chất của tế bào được virut cuốn theo khi nảy chồi. Vỏ

ngoài có cấu tạo gồm 2 lớp lipid và protein.

Lipid gồm phospholipid và glycolipid, hầu hết bắt nguồn từ màng sinh

chất (trừ virut pox từ màng Golgi) với chức năng chính là ổn định cấu trúc

của virut.

Protein vỏ ngoài thường là glycoprotein cũng có nguồn gốc từ màng

sinh chất, tuy nhiên trên mặt vỏ ngoài cũng có các glycoprotein do virut mã

hóa được gắn trước vào các vị trí chuyên biệt trên màng sinh chất của tế bào,

rồi về sau trở thành cấu trúc bề mặt của virut. Ví dụ các gai gp 120 của HIV

hay hemaglutinin của virut cúm, chúng tương tác với receptor của tế bào để

mở đầu sự xâm nhập của virut vào tế bào.

Hình 1. 5: Cấu tạo virut có vỏ ngoài

Vỏ ngoài cũng có nguồn gốc từ màng nhân do virut lắp ráp và nẩy chồi

qua màng nhân (virut herpes). Dưới tác động của một số yếu tố như dung

môi hoà tan lipid, enzym, vỏ ngoài có thể bị biến tính và khi đó virut không

còn khả năng gây nhiễm nữa.

1.3.4 Protein của virut

 Các phương pháp nghiên cứu protein virut

Trước hết cần phải tách chúng khỏi tế bào. Điều này có thể thực hiện

được nhờ hàng loạt các bước ly tâm tách, tiếp đó là ly tâm theo gradient nồng

độ saccaroza. Ly tâm gradient nồng độ saccaroza thường cho kết quả thể hiện

ở các băng (band) rất rõ nét tại các vị trí đặc thù trên gradient. Các băng này

được dùng cho các nghiên cứu tiếp theo. Thông thường để nghiên cứu các

virion đánh dấu đồng vị phóng xạ, người ta dùng hàng loạt kỹ thuật như điện

di trên gel polyacrylamit, western Blotting (phản ứng với kháng thể).

Vị trí protein của virut trong tế bào có thể xác định được nhờ kỹ thuật

nhuộm phân biệt và miễn dịch huỳnh quang, cho kháng thể đơn dòng tương

tác với epitop đặc hiệu của protein sau dịch mã thì dùng các chất ức chế

proteaza và ức chế quá trình glycosyl hoá.

Việc xác định trình tự gen và việc dự đoán acid amin sẽ giúp hiểu được

cấu trúc và chức năng của chúng.

 Các loại protein virut

Protein virut được tổng hợp nhờ mARN của virut trên riboxom của tế

bào. Tuỳ theo thời điểm tổng hợp mà được chia thành protein sớm và protein

muộn. Protein sớm do gen sớm mã hoá, thường là enzym (protein không cấu

trúc) còn protein muộn do gen muộn mã hoá, thường là protein cấu trúc tạo,

nên vỏ capsid và vỏ ngoài.

Protein không cấu trúc có thể được gói vào trong virion, nhưng không

phải là thành phần cấu tạo virion. Đây là các enzym tham gia vào quá trình

nhân lên của virut, ví dụ enzym phiên mã ngược, proteaza và integraza của

virut retro, timidinkinaza và ADN polymeraza của HSV [16] .

Protein không cấu trúc khác chỉ có mặt trong tế bào nhiễm mà không

được đưa vào virion, bao gồm các protein tham gia vào quá trình điều hoà sao

helicaza, protein gắn ADN...); protein ức chế quá trình tổng hợp acid nucleic

và protein của tế bào chủ. Ngoài ra thuộc loại này còn có các protein gây ung

thư do các oncogen mã hóa; các protein gây chuyển dạng tế bào, như kháng

nguyên T lớn của SV-40 hoặc protein EBNA của virut Epstein Barr. Ở một số

virut có protein không cấu trúc liên quan đến hoạt tính anti-apoptosis và anti-

cytokin...[7].

chép, phiên mã, dịch mã (ví dụ Tat của HIV, Protein màng trong của HSV,

1. 4 Tính tự nhiên của virut

Virut khác nhau về kích thước, hình dạng và thành phần hoá học. Một

số virut chứa ARN, số khác chứa ADN. Một số loại virut chỉ chứa một loại

protein trong khi đó nhiều virut chứa nhiều đơn vị protein khác nhau, lắp ráp

với nhau bằng đơn vị hình thái. Một virion có nhiều đơn vị hình thái khác

nhau. Các đơn vị này có thể quan sát được bằng kính hiển vi điện tử. Protein

virut không đa dạng vì hệ gen không có thông tin di truyền để mã hoá một số

lượng lớn các protein khác nhau.

Một tổ hợp hoàn chỉnh các axid nucleic và protein được gói trong virut

gọi là nucleocapsid. Một số virut có cấu trúc khá hoàn chỉnh gọi là virut có vỏ

bọc. Nucleocapsid của loại virut này được bao bằng lớp màng bao chứa lipid

và protein không đặc trưng của virut.

1.4.1 Tính đối xứng của virut

Nucleocapsid của virut có cấu trúc đối xứng bởi các đơn vị hình thái

bọc trong vỏ virut. Chiều dài của virut được xác định bằng chiều dài của phân

tử axid nucleic, nhưng chiều rộng của chúng là do kích thước của các đơn vị

protein quyết định. Sự sắp xếp đơn giản nhất gồm 60 đơn vị hình thái thành 3

mặt tạo thành một phân tử virut. Nhiều virut có đơn vị hình thái lớn hơn chứa

Virut bao bọc: có nhiều virut có cấu trúc màng tổng hợp bọc quanh

nucleocapsid phổ biến ở động vật (virut cúm) và một số virut vi khuẩn. Tính

đặc hiệu nhiễm virut là do vỏ virut quyết định.

180, 240 và 420 đơn vị.

1.4.2 Virut tổng hợp

Các virion được tổng hợp từ các thành phần tách rời, chúng phân biệt

nhau bởi bề mặt và sự đối xứng, có đầu và có đuôi. Một vài virut vi khuẩn

như virut T4 ở E.coli, đuôi của chúng cũng có cấu trúc tổng hợp từ 20 protein

tách rời và đầu T4 còn chứa nhiều protein hơn nữa.

A B C

Hình 1. 6: Các virut khác nhau dưới kính hiển vi điện tử

A- Virut họ đậu B- Virut cúm C- Virut adeno

1.4.3 Hệ gen virut

Hệ gen virut bao gồm ADN hoặc ARN, không bao giờ có cả hai. Virut

khác nhau về kích thước, số lượng và đặc tính axit nucleic. Cả hai loại axit

nucleic sợi đơn và sợi đôi đều được tìm thấy ở virut. Ở virut có vỏ bọc, axit

nuclec chiếm một phần nhỏ 1 – 2% và ở virut trần (chưa có vỏ bọc) chiếm 25

– 50% so với cơ chất. Ở một số virut, axit nucleic không tồn tại ở dạng phân

tử riêng rẽ mà ở dạng liên kết nhiều phần tử. Retrovirus gây bệnh ung thư,

AIDS và bệnh dịch khác có hai phân tử ARN đã được phân loại, virut cúm có

8 phân tử ARN, các virut gia súc có nhiều phân tử ARN hơn.

1.4.4 Enzym trong virut

Một số virut chứa enzym đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhiễm

vào vật chủ. Nhiều virut chứa polymereza để biến đổi axit nucleic của virut

thành mARN ngay sau khi quá trình nhiễm vào vật chủ bắt đầu. Retrovirus là

các virut chứa ARN sau khi xâm nhập vào tế bào nhờ enzym phiên mã ngược

(transcriptaza) đã chuyển thành (-) ADN. Từ (-) ADN chuyển thành ADN cấu

trúc vòng, sau đó gen AND vòng này chui qua màng nhân và gắn genom của

mình vào genom của vật chủ. Sau đó nhờ enzym ARN – polymeraza thì tạo

thành ARN và nhân lên trong tế bào vật chủ. Một số virut chứa các enzym

giúp cho chúng thoát khỏi tế bào vật chủ ở giai đoạn cuối cùng của quá trình

nhiễm vào vật chủ. Enzym Neuramidaza bẻ gẫy các cầu nối của glycoprotein

và glucolipid trong mô liên kết của tế bào vật chủ giúp cho quá trình giải

phóng virut khỏi tế bào. Các virion gây nhiễm vào tế bào vi khuẩn có enzym

lysozym thuỷ phân thành màng tế bào vi khuẩn, đây chính là nguyên mà virut

phá vỡ tế bào vật chủ và chui ra ngoài [1] [7] .

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH LÍ THUYẾT OHSHIMA CHO HẠT NANÔ XỐP

Điện thế và điện tích của các hạt keo đóng vai trò quan trọng trong các

hiện tượng điện bề mặt, chẳng hạn như các tương tác tĩnh điện giữa các hạt

keo và chuyển động của chúng trong điện trường. Khi hạt keo được đặt trong

môi trường điện phân, các ion điện phân tự do có điện tích trái dấu với điện

tích bề mặt hạt (counter ion) sẽ tiếp cận bề mặt hạt để trung hoà điện tích ở

đây. Song chuyển động nhiệt của các ion này ngăn cản sự tích tụ của chúng

nên đã hình thành xung quanh một đám mây ion. Trong đám mây ion đó,

nồng độ của ion trái dấu sẽ trở nên nhiều hơn trong khi các ion cùng dấu với

bề mặt chất điện phân (coion) lại nhỏ hơn. Đám mây ion đó cùng với điện tích

bề mặt tạo thành lớp phân cách điện (electrical double layer). Lớp phân cách

điện này gọi là lớp phân cách khuếch tán vì các ion điện phân được phân bố

giống như cấu trúc khuếch tán tuân theo chuyển động nhiệt của các ion.

Trong các mô hình đang xét, ông chỉ xét đến trường hợp một hạt ở nhân được

bao quanh bởi lớp điện phân ở bề mặt mà ion có thể thâm nhập và được gọi là

lớp điện tích bề mặt (surface charge layer). Các hạt được bao bọc bởi lớp poly

điện phân (polyelectrolyte – coated particle) như vậy được gọi là hạt xốp (soft

particle) [12]. Như ta thấy trên hình 2.1 một hạt xốp sẽ trở thành một hạt cứng

(spherical polyelectrolyte) của chất điện phân khi bỏ đi hạt nhân. Các hạt xốp

trở thành mô hình tốt cho các chất keo sinh học (biocolloid) như tế bào hoặc

virut. Trong các trường hợp đó, lớp phân cách điện sẽ được hình thành không

chỉ bên ngoài mà cả bên trong của bề mặt hạt. Ngược lại, các hạt mà không có

cấu trúc bề mặt và bề mặt của hạt đó được gọi là các hạt cứng và bề mặt cứng

tương ứng.

(hard particle) khi bỏ đi lớp điện tích bề mặt, hay trở thành quả cầu rỗng

2.1 Phương trình Poisson – Boltzman

Xét trường hợp đơn giản của hạt xốp được cấu tạo từ một lõi cứng bao

quanh bởi lớp bề mặt lớp điện phân ion có thể thâm nhập được. Tưởng tượng

ta có một lớp điện bề mặt dày d bao quanh một mặt phẳng cứng được nhúng

trong một dung dịch điện phân có chứa M phân tử ion hoá trị zi và nồng độ ( = 1,2,3, … . ). Xét

khối (mật độ hạt trong một đơn vị thể tích) là trường hợp các nhóm ion tổng cộng hoá trị Z được phân bố với mật độ đều N

trong lớp bề mặt và lõi hạt không mang điện tích. Giả thiết rằng hằng số điện

môi có chung một giá trị ở cả ngoài và trong lớp bề mặt. Chọn trục x vuông

góc với lớp bề mặt và gốc x = 0 ở biên giữa lớp bề mặt và môi trường điện

phân bên ngoài. Khi đó, lớp bề mặt nằm ở trong vùng –d < x < 0 và dung

dịch điện phân ở miền x > 0 như hình 2.2.

Hard particle soft particle spherical polyelectrolyte

(hạt cứng) (hạt xốp) (quả cầu rỗng)

Hình 2.1: Một hạt xốp trở thành một hạt cứng khi bỏ đi lớp bề mặt và trở thành khối cầu rỗng các chất điện phân khi bỏ đi hạt ở nhân

Mật độ hạt () của các phần tử ion mang điện tự do liên hệ với điện thế

() bằng phương trình Poisson

= −

()

(2.1) , 0 < < ∞,

= −

()

(2.2) , − < < 0.

Trong đó là hằng số điện môi của dung dịch, là hằng số điện môi của

chân không và e là điện tích nguyên tố. Lưu ý rằng vế phải của phương trình

2.2 chứa cả đóng góp của hạt cố định có mật độ = trong lớp điện

phân. Đồng thời giả thiết là hàm phân bố của các ion điện phân ni(x) tuân theo

định luật Boltzman. Do đó ta có

−

()

(2.3) . () =

(a)

∑

(b)

∑

= −

( )

(2.5) ; 0 < < + ∞,

Hình 2.2: Giản đồ biểu diễn phân bố ion (a) và phân bố thế (b) cắt ngang của một lớp bề mặt có thể bị xâm nhập bởi ion.

Và nồng độ hạt () tại vị trí x bằng

−

= ∑

()

(2.4) .

Thế () tại vị trí x trong miền x > 0 và –d < x < 0 thoả mãn phương trình

∑

Possion – Boltzman

; − < < 0.

= −

( ) ∑

(2.5)

với

/

∑

(2.6) = ,

=

. (2.7)

Trong đó y là thế chia độ (scaled potential) và là thông số Debye – Huckel

của dung dịch. Các điều kiện biên là

(2.8) = 0,

(−0 ) = (−0),

(2.9)

, (2.10) =

() → 0 ℎ → ∞,

()

(2.12)

→ 0 ℎ → ∞,

Phương trình 2.9 tương ứng với trường hợp lõi hạt không mang điện.

Trong trường hợp đặc biệt, khi chất điện phân đối xứng (khi các ion đều có

hoá trị nhau) có hoá trị z và nồng độ n, ta có

(2.13)

ℎ

; > 0,

=

(2.11)

ℎ

−

; − < < 0.

=

(2.14)

hoặc

= ℎ; > 0,

(2.15)

; − < < 0.

= ℎ −

(2.16)

,

Với

=

(2.17)

=

/

. (2.18)

trong đó y là thế chia độ (scaled potential) và là thông số Debye – Huckel

của dung dịch điện phân đối xứng.

2.2 Thế Donnan

khi đó điện thế ở

Nếu bề dày của lớp mặt d lớn hơn độ dài Debye 1

sâu bên trong lớp bề mặt trở thành thế Donnan . Ta có thể thu được thế

này bằng cách cho vế phải của phương trình 2.15 và 2.17 bằng không, tức là

ℎ

,

=

/

(2.20)

.

+

+ 1

=

Phương trình 2.16 có thể viết lại theo thế Donnan thành

ℎ

− ℎ

; − < < 0.

(2.21)

=

Khi

≪ 1, phương trình 2.22 cho ta thế Donnan bị tuyến tính hoá như sau

(2.19)

=

=

.

(2.22)

Hơn nữa, chúng ta gọi ≡ (0) là thế ở biên giữa lớp bề mặt và dung dịch điện phân xung quanh, thế bề mặt của lớp điện phân.

Xét trường hợp đơn giản khi () thấp, phương trình 2.14 và 2.15 có

thể bị tuyến tính hoá thành

= ; > 0,

(2.23)

; − < < 0.

= −

(2.24)

Nghiệm của phương trình 2.24 và 2.25 thoả mãn điều kiện biên từ phương

trình 2.9 đến 2.13 là

() =

(1 − ) ; > 0,

(2.25)

() =

1 −

; − < < 0.

( )

(2.26)

() =

(1 − ) =

(2.27)

(1 − ).

Và thế bề mặt ≡ (0) thu được bằng

Lưu ý khi ≫ 1, thế sâu bên trong lõi bề mặt tiến đến thế Donnan bị tuyến

(2.28)

=

() ≈ (−) ≈ =

.

Và thế bề mặt (phương trình 2.28) bằng một nửa thế Donnan

(2.29)

=

=

=

.

Đối với trường hợp tính toán cho thế bất kì, tham khảo thêm trong [21].

tính hoá (phương trình 2.23), và bằng

2.3 Độ linh động điện chuyển của hạt nano xốp

Trong mục này ta xét đến lí thuyết tổng quát về tính chất điện chuyển

của các hạt xốp và biểu biễn giải thích gần đúng cho độ linh động của hạt xốp.

Xét một hạt xốp hình cầu, tức là một hạt cầu mang điện được bao bọc

bởi một lớp điện phân ion có thể xâm nhập được, chuyển động với vận tốc ⃗

trong chất lỏng có chứa chất điện phân và chịu tác dụng của điện trường ngoài

⃗. Giả thiết rằng hạt nhân có bán kính a được phủ bên ngoài lớp điện phân

ion có thể xâm nhập dày d và các gốc ion hoá trị Z được phân bố trong lớp

điện phân với mật độ đồng nhất N. Lớp điện phân được tích điện với mật độ

không đổi = . Vì vậy hạt xốp ta xét có bán kính trong a và bán kính

ngoài = + (hình 2.3)

Hình 2.3: Một hạt xốp được đặt trong điện trường ngoài E. Bán kính lõi a và bề dày lớp điện phân d bao quanh hạt (b = a + d).

Xét gốc của hệ toạ độ cầu (r, θ, ψ) đặt cố định ở tâm của lõi hạt và trục

cực (θ = 0) được đặt song song với ⃗. Xét bài toán chất điện phân có chứa N , và thông số nhớt phần tử ion tự do hoá trị zi, nồng độ khối (mật độ số hạt)

của phần tử thứ i liên quan đến độ dẫn điện giới hạn của các phần tử ion

theo hệ thức

.

=

||

(2.30)

trong đó là số Avogadro. Sử dụng mô hình Debye – Bueche [18], mà trong

đó các đoạn polyme được xem như là các thành phần cản trở nằm rải rác

trong lớp poly điện phân sẽ làm tăng lực ma sát lên các chất lỏng chảy trong

lớp đó. Sau đây là lí thuyết tổng quát của tính chất điện chuyển của các hạt

xốp [12] .

Phương trình điện động cơ bản cho chất lỏng có vận tốc ⃗(⃗) ở vị trí ⃗ tương

ứng so với hạt ⃗(⃗) → −⃗ ℎ ⃗≡ |⃗|→ ∞ và cho vận tốc ⃗ của phần tử

thứ i là như nhau khi các phần tử đó là các khối cầu cứng. Phương trình

Navier – Stokes cho vận tốc ⃗(⃗) sẽ khác đi cho miền bên ngoài và bên trong

lớp bề mặt [19], tức là

∇ × ∇ × ⃗+ ∇ + ∇ = 0; > ,

(2.31)

∇ × ∇ × ⃗+ ⃗+ ∇ + ∇ = 0; < < .

(2.32)

Trong hai phương trình trên, phương trình 2.32 là phương trình Navier –

Stokes bình thường. Thành phần ⃗ ở vế trái của phương trình 2.33 biểu diễn

poly điện phân và là hệ số ma sát. Nếu ta giả thiết là mỗi một yếu tố cản trở

tương ứng với một đoạn polymer được xem như một quả cầu bán kính ap và

các đoạn polymer được phân bố với mật độ khối như nhau Np trong lớp poly

điện phân thì mỗi đoạn polymer đó sẽ làm tăng thêm một thành phần cản trở

Stokes 6⃗ lên dòng chất lỏng trong lớp poly điện phân, nên

(2.33)

= 6 .

cho các lực ma sát tăng trong dòng chất lỏng bởi các đoạn polymer trong lớp

Tương tự, phương trình Poisson liên hệ với mật độ điện (⃗) do các phần tử

ion mang điện tự do gây ra và điện thế (⃗) cũng khác nhau trong các miền

khác nhau

Δ(⃗) = −

; > ,

(⃗)

(2.34)

Δ(⃗) = −

; < < .

(⃗)

(2.35)

Đối với trường điện ⃗ nhỏ, phương trình điện động 2.32 và 2.33 được tuyến

tính hoá bằng

∇ × ∇ × ∇ × ⃗= ∑

(), >

∇ × ∇

(2.36)

∇ × ∇ × ∇ × ⃗ + × ∇⃗ = ∑

(); < < .

∇ × ∇

(2.37)

Và

()⃗−

∇

()∇ = 0.

()(⃗) là nồng độ cân bằng (mật độ hạt) của các phần tử ion thứ i

()(⃗) và

()) và

(2.38)

()(⃗) tương ứng là vi phân của ()(⃗) à ()(⃗) của các phần tử ion thứ i do điện trường ngoài ⃗

trong đó () → (

của thế điện hoá học gây ra.

(2.39)

⃗(⃗) = −

ℎ(⃗),

ℎ(), 0.

(2.40)

()(⃗) = −().

Trong đó = ⃗. Các phương trình điện động cơ bản có thể chuyển thành

dạng các phương trình cho h(r) và () như sau

Xét đến sự đối xứng ta có thể viết

(ℎ) = (), > ,

(2.41)

(ℎ − ℎ) = (), < < ,

(2.42)

−

.

=

(2.43)

Với

=

/

, (2.44)

=

=

−

+

,

∑

(2.45)

() = −

, (2.46)

là thế cân bằng tỉ lệ ở bên ngoài lõi hạt và giá trị gọi là trong đó, =

độ xốp điện chuyển.

Các điều kiện biên của (⃗), ⃗(⃗), ⃗(⃗) như sau:

 (⃗) và −∇ (⃗) liên tục tại = ,

( , ) = (, ),

(2.47)

(,)

(,)

(2.48) , =

(,)

(,)

Trong đó sự liên tục của −∇ (⃗) là do giả thiết rằng hằng số điện môi có cùng giá trị với bên trong và bên ngoài lớp poly điện phân.

(2.50)

⃗= (, , 0) = 0⃗ tại = ,

(2.51)

⃗→ − = (− , , 0) khi → ∞.

 Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của ⃗ liên tục tại =

(2.52)

(2.49) , khi =

( ) = (),

( ) = ().

(2.53)

tổng của ứng suất thuỷ động lực và ứng suất Maxwell liên tục tại

= . Từ sự liên tục của −∇ (), thành phần tiếp tuyến và pháp tuyến của

liên tục tại = . Do đó, thành phần tiếp tuyến và pháp tuyến của

 Thành phần tiếp tuyến và pháp tuyến và tensor ứng suất (stress tensor)

phải liên tục tại = khiến cho áp suất (⃗) là liên

tục tại = .

 Các ion điện phân không thể xâm nhập vào lõi, tức là

⃗. ⃗| = 0,

(2.54)

trong đó ⃗ là pháp tuyến đơn vị hướng ra ngoài bề mặt lõi hạt.

 Trạng thái ổn định, lực mạng tác dụng lên hạt (gồm một hạt ở lõi và lớp

poly điện phân) hay một thể tích hay một thể tích bất kì gần hạt phải bằng

không. Xét một quả cầu lớn S bán kính r chứa hạt. Bán kính r được xét đủ lớn

để điện tích điện mạng nằm trong S là hằng số, tức là

= 0, → ∞.

⃗ = ∫ ( − )

⃗

(2.55)

trong đó tích phân được lấy trên toàn bộ bề mặt cầu S.

()

(2.56)

.

= 2 lim→ ∞

được kết quả là [19].

(2.59)

=

1 −

× ()

∫ 3 1 −

−

59)

Độ linh động điện chuyển = (trong đó = ⃗) có thể được tính từ

∫ 1 +

× ()

+

−

{( + )ℎ[( − )]}

∫ 1 −

]−{−( + )ℎ[( − )]}]× () . ] (2.57)

)

Với

= 1 +

+

−

ℎ[( − )]

[( )]

.60)

− 1 −

+

+

. (2.58)

= 1 +

+

ℎ[( − )]

[( )]

(2.60)

+

−

.

[( )]

−

. (2.60)

= ℎ[( − )]−

[( )]

(2.59)

+

+

+

.

= ℎ[( − )]−

(2.61)

Sau đây ta sẽ tìm biểu thức xấp xỉ của độ linh động trong trường hợp đơn giản

nhưng quan trọng, khi mà thế là bất kì nhưng thế của lớp phân cách vẫn giữ

tính đối xứng cầu ngay cả khi có sự có mặt của trường điện ngoài (bỏ qua

hiệu ứng phục hồi). Hơn nữa, ta chỉ xét các trường hợp mà điều kiện sau thoả

mãn:

≫ 1, ≫ 1

và do đó:

.

(2.63)

≫ 1, ≫ 1 ≫ 1, ≫ 1

Khi điện phân đối xứng với hoá trị và nồng độ khối , và nếu ≫ 1 thì

thế bên trong lớp poly điện phân có thể dùng công thức tại [14]. Sử dụng

phương pháp xấp xỉ đó ta được

(2.62)

=

+

,

(2.64)

với

=

1 +

1 +

.

=

(2.65)

→

, phương trình 2.65 trở thành

Trường hợp tới hạn ≫ , khi đó

=

+

,

(2.66)

Đối với trường thế thấp, phương trình 2.66 trở thành

=

.

1 +

(2.67)

và thoả mãn phương trình của Hermans – Fujita cho độ linh động điện chuyển

của khối poly điện phân hình cầu (một hạt mềm bỏ lõi) [7].

→ 1,

Đối với giới hạn ngược lại, ≪ , trong trường hợp

phương trình 2.65 thu được

=

+

,

và cho trường thế thấp

(2.69)

=

.

1 +

Phương trình 2.69 thoả mãn cả trường hợp hạt xốp hình đĩa. Thật vậy, trong

trường hợp tới hạn → ∞, biểu thức độ linh động tổng quát trở thành

(2.68)

=

()(−) + ()()ℎ( + )

1 cosh()

+

.

1 −

()

(2.70)

và phương trình 2.70 cũng là biểu thức của một hạt xốp hình đĩa. Cho trường

hợp ≫ 1 và ≫ 1, phương trình 2.70 trở thành phương trình 2.68.

Phương trình 2.64 chứa hai số hạng: số hạng thứ nhất là giá trị trung

bình đo được của thế Donnan và thế bề mặt . Cần phải nhấn mạnh

rằng chỉ có số hạng thứ nhất tuân theo hiện tượng chắn của chất điện phân,

thành phần này sẽ tiến đến 0 khi nồng độ điện phân n tăng, trong khi số hạng

thứ hai không phụ thuộc nồng độ chất điện phân. Trong giới hạn của nồng độ

chất điện phân cao, tất cả các thế biến mất và chỉ còn số hạng thứ hai của biểu

thức độ linh động là còn, tức là

→ =

.

(2.71)

Phương trình (2.71) chỉ ra rằng khi → ∞, tiến đến một giới hạn khác

không . Đây là một nét đặc trưng của tính chất điện động của hạt xốp,

ngược lại với trường hợp độ linh động điện chuyển của hạt cứng sẽ tiến đến

không do tuân theo hiệu ứng chắn, biểu thức độ linh động của hạt cứng không

bằng giữa lực điện tác dụng lên các điện tích cố định ( )⃗ với lực ma sát

⃗, tức là

(2.72)

( )⃗+ ⃗ = 0.

Để hiểu rõ hơn, trên hình 2.4(a) và 2.4(b) là biểu diễn lược đồ so sánh sự phân

bố vận tốc chất lỏng () = |⃗()| cùng với sự phân bố thế () xung

quanh hạt xốp với hạt cứng. Trong đó, được định nghĩa là = − theo

chứa thành phần . Số hạng có thể được hiểu như là kết quả của sự cân

lớp bề mặt mang điện. Hình 2.4(c) cho ta thấy độ linh động điện chuyển

phụ thuộc vào nồng độ điện phân n của hạt xốp và hạt mềm. Ta thấy rằng vận

tốc chất lỏng () ở miền giữa của lớp bề mặt (vùng bão hoà ở hình 2.4(b)), trong đó thế gần như bằng thế Donnan (hình 2.4(a)), bằng . Số hạng này không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân. Chúng ta cũng cần lưu ý

rằng có thể hiểu là khoảng cách giữa mặt phân cách ở bề mặt lõi tại

()

= ( = 0) với miền pha khối của lớp bề mặt (vùng bão hoà trên hình

2.4(b)), trong đó cho bằng −. Hình 2.4(a) chỉ cho ta thấy rằng một

chuyển động nhỏ của mặt lõi không làm ảnh hưởng đến giá trị của độ linh

động. Do đó độ linh động của hạt xốp không bị ảnh hưởng bởi vị trí của mặt

lõi và ta không cần dùng đến thế zeta nữa.

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH ĐƠN GIẢN BỀ MẶT VIRUT

Hình 2.4: Biểu diễn lược đồ của sự phân bố vận tốc chất lỏng u(x).(a) là sự phân bố thế (); (b) xung quanh một hạt xốp và độ linh động điện chuyển của một hạt xốp phụ thuộc vào nồng độ điện phân (c) (bên trái), so với hạt cứng (bên phải)

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH BỀ MẶT ĐƠN GIẢN CỦA VIRUT

3.1 Kết quả thực nghiệm đối với thực khuẩn thể MS2

Các nghiên cứu trước đây về tính chất điện động của hạt nano xốp

thường tập trung vào các tính chất bề mặt của hạt xốp. Bằng phương pháp hoá

học để rút lõi ARN của thực khuẩn thể MS2, bài báo [17] đã so sánh được

trực tiếp các tính chất điện động của thực khuẩn thể MS2 còn nguyên (MS2

chưa xử lí) và thực khuẩn thể MS2 đã mất ARN (MS2 mất ARN). Sau đây là

một số kết quả đo đạc chính mà các tác giả đã thu được.

a b

Hình 3.1: Hình ảnh chụp MS mất ARN (a) và MS2 chưa xử lí (b) bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

Hình ảnh chụp cho thấy thực thể khuẩn MS2 mất ARN (hình a) có chứa

vùng tối bên trong là do sự thâm nhập của thuốc nhuộm vào bên trong của vỏ,

trong khi các thực thể khuẩn MS2 chưa xử lí vẫn có màu trắng (hình b). Các

tác giả cũng đã làm một số thí nghiệm liên qua đến tính lây nhiễm và cũng thu

được kết quả là nhóm virut MS2 mất ARN không còn khả năng truyền bệnh

nữa.

Hình 3.2 là kết quả tán xạ tia X góc nhỏ (Small-Angle X-ray

Scattering-SAXS). Phổ thu được cho cả hai trường hợp virut trên hình 3.2a

cho ta thấy hình dạng của cả hai loại hạt đều là dạng hình cầu đúng như mong

đợi. Cả hai đều có cấu tạo từ một lõi có mật độ electron hằng số, và được bao

bọc bởi một vỏ có nồng độ electron là hằng số khác, tượng trưng tương ứng

cho lõi ARN bên trong và vỏ protein bên ngoài.

b

c Hình 3.2: Hình ảnh SAXR cho MS2 và MS2 mất ARN có nồng độ khác nhau và tách riêng trong môi trường 100mM CaCl2.

Hình 3.2: Hình ảnh SAXS của MS2 và MS2 mất ARN có nồng độ khác nhau và tách riêng trong môi trường 100mM CaCl2.

Các kết quả mật độ electron của MS2 chưa xử lí (hình 3.2b) và MS2

mất ARN (hình 3.2c) đều được vẽ theo chuẩn của nồng độ của protein bao

quanh bên ngoài đối với từng hạt. Rõ ràng, trong khi nồng độ ở lõi đối với

MS2 bình thường bằng 49% so với nồng độ ở vỏ protein, nồng độ này giảm

xuống còn 3.7% trong trường hợp chỉ có vỏ protein ở MS2 mất lõi ARN. Do

đó, mặc dù MS2 có hình dạng, kích thước tương đương với MS2 mất ARN

song chúng lại có nồng độ electron khác nhau rõ rệt.

Kết quả thu được tiếp theo là kết quả đo tính chất điện động của hai

loại virut mẫu. Trên hình 3.3, độ linh động điện chuyển (electrophoretic

mobility - EPM) của MS2 và MS2 mất ARN trong dung dịch NaCl 1mM là

như nhau trong suốt khoảng pH thử. Giá trị này dương ở nồng độ pH thấp và

trở thành âm khi độ pH tăng. Xu hướng này là hợp lí do sự mất proton của các

nhóm chức trên vỏ virut.

Hình 3.3: Độ linh động điện chuyển của MS2 chưa xử lí và MS2 mất ARN trong dung dịch 1mM NaCl có nồng độ pH thay đổi do HCl và NaOH.

Các tác giả cũng đo độ linh động điện chuyển EPM của MS2 chưa xử lí

và MS2 mất ARN ở nồng độ pH 5.9 với nồng độ ion thay đổi từ 0.1mM đến

600mM và cũng thu được kết quả tương tự như hình 3.4a. Cả hai loại hạt đều

trở nên ít điện tích âm hơn khi nồng độ ion tăng do sự suy giảm của lớp phân

cách. Kết quả tương tự khi đo độ linh động điện chuyển EPM cũng thu được

khi đo hai loại hạt này trong dung dịch có chứa CaCl2 200mM (hình 3.4b).

Đối với cả trường hợp của MS2 và MS2 mất ARN giá trị EPM đều bớt âm hơn trong dung dịch Ca2+ có khả năng trung hoà điện tích của vỏ capsid và lõi

(với MS2 chưa xử lí).

Hình 3.4: Độ linh động điện chuyển của MS2 chưa xử lí và MS2 mất ARN trong dung dịch NaCl (a) và CaCl2 (b) có nồng độ pH 5.9 không đổi.

Mặc dù sự tương tác của ion Ca2+ và Na+ lên lõi ARN và vỏ capsid

protein là khác nhau nhưng các giá trị độ linh động điện chuyển EPM đo được

đều giống nhau trong cả trường hợp của MS2 và MS2 mất ARN trong dung

dịch điện phân. Điều đó chứng tỏ rằng sự mất lõi ARN không ảnh hưởng đến

độ linh động điện chuyển của virut.

3.2 Mô hình của Ohshima

Trong mô hình này chúng ta xét virut bán kính a và bề dày lớp vỏ d thì

điện thế () là nghiệm của phương trình Poison

đối với vỏ, (3.1) ∇ = − , < < +

(3.2) ∇ = − , + < đối với bên ngoài virut.

Trong đó ∇ là toán tử Laplace, hằng số điện môi của chân không, là hằng số điện môi của dung dịch khối; là mật độ điện tích của dung dịch,

là mật độ điện tích của bề mặt. Ta bỏ qua sự đóng góp của điện tích của lõi vào sự hình thành điện thế.

Ở bài báo [14] Ohshima đã coi virut như hạt hình cầu đối xứng có bán

kính rất nhỏ (cỡ nano mét). Đối với hạt hình cầu đối xứng, các ion có nồng độ

n và hoá trị z thì thế bề mặt thoả mãn phương trình

ℎ

; > 0 .

=

(3.3)

Khi thế () thấp, phương trình (3.3) trở thành

= .

(3.4)

= 0,

⎧ ⎪ ⎪

(−0 ) = (−0),

Khi phương trình (3.4) thoả mãn điều kiện biên

=

, () → 0 ℎ → ∞, ()

→ 0 ℎ → ∞,

⎨ ⎪ ⎪ ⎩

(3.5)

thì thế bề mặt quả cầu là

() =

(1 − ) , > 0.

(3.6)

Khi = 0 thế bề mặt = (0) thu được bằng

(0) =

(1 − ) =

(1 − ).

Xét giới hạn (3.7) khi → 0, giữ tích Nd không đổi, tức là giữ cho

tổng các điện tích cố định = không đổi, thì

.

(3.8)

=

Biểu thức (3.8) là thế bề mặt của bề mặt cứng có mật độ điện mặt .

(3.7)

Khi hạt có kích thước nano có bán kính dần đến không, tỉ lệ giữa diện tích bề

mặt và thể tích tiến đến vô cùng và hiệu ứng thể tích giảm nhanh hơn hiệu

ứng bề mặt. Khi bán kính rất nhỏ (cỡ 10 nanomet) hiệu ứng bề mặt trở thành

trội hơn so với hiệu ứng thể tích và làm thay đổi tính chất vật lí của hạt.

Kết quả của hiện tượng hầu như không thấy đóng góp của phần bên

∗). Sự gia

trong virut. Khi bán kính virut nhỏ, điện tích bề mặt virut có thể được biểu

diễn bằng sự tăng lên của hằng số điện môi hiệu dụng của bề mặt ( tăng đó có thể tăng đến vô cùng khi không còn sự đóng góp của lõi.

Một số tác giả đã đưa ra mô hình mật độ điện mặt hiệu dụng. Coi như

virut là quả cầu rỗng có bán kính nhỏ (cỡ nanomet), bề mặt tích điện đặt trong

môi trường có hằng số điện môi hiệu dụng ∗. Mọi hiệu ứng chắn hay hiện

tượng hiệu ứng bề mặt trội hơn hiệu ứng khối sẽ được thể hiện rõ trong hàm

điện môi hiệu dụng sau đây, ta có

=

+

≡

, (3.9)

∗

là năng lượng cho mô hình hiệu dụng khi đưa thêm vào Trong đó =

đại lượng hằng số điện môi hiệu dụng. Thay biểu thức năng lượng vào

phương trình trên ta được

]+

.

= [(0) − 8 + 2

∗

Biểu thức hằng số điện môi hiệu dụng thu được

,

(3.11)

∗ =

()

Hay

(3.12)

=

∗

()

(3.10)

∗

Nhận thấy, khi → ∞ thì ∗ → hay → 1 . Điều đó tương đương

với việc bán kính virut là rất lớn thì bài toán trở về với điều kiện bình thường,

hằng số điện môi bình thường, các hiện tượng của hiệu ứng bề mặt là hầu như

không rõ. Trong trường hợp điện tích lõi rất nhỏ thì năng lượng điện do lõi

cung cấp không làm thay đổi nhiều đến lớp vỏ nhưng vị trí năng lượng thấp

nhất cũng lớn hơn năng lượng cực tiểu khi chỉ có vỏ capsid.

Hình 3.5: Kết quả tính toán cho truờng hợp năng lượng điện tích lõi rất nhỏ so với vỏ capsid. Đường đứt nét là thế năng của vỏ, đường liền nét là hằng số điện

môi hiệu dụng

. Kết quả được vẽ theo sự phụ thuộc vào bán kính của virut.

∗

Kết quả đã được tính toán trong [2]. Đường liền nét là đường vẽ tỷ lệ

∗ lớn và có vị trí R* lớn hơn rất nhiều so với vị trí năng lượng cực tiểu Rmin của

theo bán kính r của virut (hình 3.5). Tỷ lệ này tiến đến 1 khi bán kính đủ

virut và ở đó hằng số điện môi hiệu dụng tiến đến vô cùng. Điều đó chứng tỏ

rằng khi hiệu ứng bề mặt trội hơn hiệu ứng khối, tức là bán kính virut đủ nhỏ

và không khác nhiều so với bán kính virut đã rút lõi thì hai loại virut phản ứng

như nhau. Nói cách khác sự có mặt của các điện tích trong lõi không làm thay

đổi các tính chất điện động và tĩnh điện của virut.

Hình 3.6: Đồ thị phân bố điện thế lớp vỏ virut theo mô hình của Ohshima. Kết quả được vẽ theo sự phụ thuộc vào bán kính của virut.

3.3 Mô hình mật độ điện thế bề mặt hiệu dụng

Chúng ta thấy mô hình Ohshima là rất phức tạp. Ở đó đã coi virut như

hình cầu đối xứng nhưng có cả lõi và quá trình tính toán phải tính đến cả đóng

góp điện tích của lõi. Bởi thế việc khảo sát virut tương đối khó khăn. Thực tế

các phép đo chỉ tiến hành được ở bên ngoài virut nên trong phần này tôi đưa

ra mô hình đơn giản của virut là coi virut giống như quả cầu rỗng với mật độ

điện tích bề mặt hiệu dụng được suy ra từ thực nghiệm. Tại một điểm x điện thế do bề mặt quả cầu rỗng gây nên với mật độ điện mặt qs (C/m2) là

(3.13) () = . ∫

Đặt

(3.14) = + − 2,

= .

(3.15)

Kết hợp (3.13), (3.14), (3.15) ta viết

() =

∫ ∫

( )/

. (3.16)

Tính tích phân (3.16) chúng ta thu được điện thế bên ngoài quả cầu

rỗng như sau

() =

.

(3.17)

Sử dụng mối quan hệ giữa mật độ điện mặt qs và điện tích tổng cộng bề mặt là

QS

= 4 ,

(3.18)

thì thế bề mặt có dạng

() =

; với ≥ .

(3.19)

Tại lớp vỏ của bề mặt x = a, điện thế có giá trị

() =

.

(3.20)

Biểu thức (3.20) chỉ ra mối liên quan giữa điện tích tổng cộng và điện thế bề

(3.21)

.

=

Kết quả này phù hợp với cách sử dụng điện trường ⃗ [5].

Bằng các tính toán và mô phỏng chỉ ra ở hình 3.7 ta nhận thấy mô hình

mật độ điện thế bề mặt hiệu dụng (đường liền nét) cũng diễn tả được đúng

dáng điệu của mô hình Ohshima (đường đứt nét). Tuy nhiên hai đồ thị có sự

khác nhau về độ cao. Kết quả mô hình cho thấy chúng giảm về gía trị 0 chậm

mặt quả cầu. Về phân bố điện tích bề mặt quả cầu chúng ta có được

hơn mô hình của Ohshima. Công thức (3.19) là trường hợp riêng của gần

đúng Padé vì phân bố thế có dạng , trong đó và là các đa thức bậc 0

và bậc 1, sẽ được khảo sát ở phần sau.

Hình 3.7: Đồ thị phân bố điện thế lớp của vỏ virut theo mô hình mật độ điện thế bề mặt hiệu dụng và mô hình Ohshima. Đường liền nét là kết quả mô hình mật độ điện thế bề mặt hiệu dụng, đường nét đứt là mô hình Ohshima. Kết quả được vẽ theo sự phụ thuộc vào bán kính của virut.

3.4 Gần đúng Padé

Phân bố thế theo mô hình của Ohshima áp dụng phương trình Poison và

không thể giải bằng phương pháp giải tích mà chỉ có thể giải gần đúng hoặc

giải bằng phương pháp tính số trên máy tính. Đồng thời quá trình giải cũng vô

cùng phức tạp. Một trong những mô hình đã bỏ qua hiệu ứng bề mặt và bằng

thực nghiệm đã chỉ ra sự đóng góp của lõi là không đáng kể [17]. Trong mô

hình này ta sẽ sử dụng lý thuyết gần đúng Padé để đưa ra biểu thức phân bố

thế bề mặt hiệu dụng một cách tổng quát và phương pháp tính cũng đơn giản

hơn. Theo Padé, điện thế hiệu dụng tại điểm x của bề mặt quả cầu bán kính R

có dạng:

() = + + ,

(3.22)

()

⎧ ⎪

=

và x có cùng đơn vị R. Các hệ số a, b, c cho bởi: Trong đó () =

=

= ( = 0) () ()

⎨ ⎪ ⎩

,

(3.23)

là các giá trị ở trạng thái cơ bản. Tính một cách tương tự ta cũng có được các

giá trị của hệ số a, b, c trong các trạng thái tiếp thứ hai. Tuy nhiên, việc xác

định biểu thức tổng quát cho thế bề mặt ở trường hợp tổng quát chưa chính

< 0,14 [3].

xác. Điều này đã được chỉ ra bằng thực nghiệm và thấy rằng chỉ có 1% cho

kết quả của tỷ số

Tiếp theo chúng ta sẽ xem xét cho một biểu thức phân tích phù hợp

với toàn bộ phạm vi của các giá trị x. Từ đó ta sẽ xấp xỉ điện thế hiệu dụng

bằng gần đúng Padé. Xấp xỉ Padé đầu tiên được cho bởi

=

() =

||

() ()

Trong đó Pi(x) là đa thức thứ i. Nếu chúng ta đưa vào một lượng (0) =

và cho → ∞ thì điện thế hiệu dụng giống như thế Culomb. Xấp xỉ này đã

được tính toán và so sánh với kết quả tính toán trước đó đều phù hợp.

Để cải thiện sai số trong kết quả thu được chúng ta xem xét tiếp xấp xỉ

Padé dạng

.

(3.25)

, (3.24)

|| ||

() ()

= () =

() → −

= ( = 0) chỉ

khi → ∞, cùng với giá trị = −1 và

Có những điều kiện hạn chế nhất định cho trường hợp này. Chẳng hạn khi

cho hai thông số phù hợp. Kết quả phân tích cho chúng ta biểu thức điện thế

/

hiệu dụng tổng quát

1 −

||/(/)

() = −

/

|| √/

, (3.26)

Với = (ℏ/)/ là khoảng cách dao động.

Chúng ta cũng có thế tiếp cận hiệu quả hơn biểu thức hiệu điện thế hiệu dụng

nếu ta định nghĩa được là

= −

/

.

()

(3.27)

Xét bài toán virut hình cầu bán kính R, thì thế hiệu dụng bề mặt có thể

định nghĩa đơn giản hơn. Theo (3.24) và (3.25) thế hiệu dụng () được viết

dưới dạng

() =

.

,

(3.28)

Trong đó , là các hệ số nào đó; là biểu thức đặc trưng cho các đặc

tính của virut và phụ thuộc bán kính R của virut.

Nhận thấy rằng nếu ta đưa thêm thành phần hàm (−) đóng vai

. Khi đó,

trò như một hàm chắn, a là hệ số mà khi → hàm () →

thế hiệu dụng trở thành

(3.29)

.

() =

. (−).

3.5 Gần đúng Padé mở rộng

Biểu thức (3.29) có dạng gần giống như phân bố thế của Ohshima đã đưa ra

trước đó, ta gọi () phân bố thế theo Padé mở rộng. Gần đúng Padé mở

rộng có tính phù hợp tốt hơn, hàm (−) đặc trưng cho hiệu ứng chắn

của hiệu ứng Culomb.

Hình 3.8: Đồ thị phân bố điện thế lớp của vỏ virut theo mô hình gần đúng Padé và mô hình Ohshima . Đường liền nét là kết quả mô hình gần đúng Padé mở rộng, đường chấm là mô hình Ohsihma. Kết quả được vẽ theo sự phụ thuộc vào bán kính của virut.

Hình 3.8 là kết quả tính toán cho mô hình Padé mở rộng và so sánh với

mô hình Ohshima. Ta nhận thấy rằng, về dáng điệu của mô hình gần đúng

Padé mở rộng cũng giống như mô hình Ohshima nhưng gần đúng Padé mở

rộng tiến về giá trị 0 chậm hơn so với Ohshima. Điều này cũng hoàn toàn có

lí. Nếu ta thay đổi bán kính của virut thì kết quả thu được cũng chỉ thay đổi về

giá trị giao nhau giữa hai đồ thị của hai mô hình chứ không thấy có sự thay

đổi về hình dáng của đồ thị. Điều đó là phù hợp với nhiều kết quả đưa ra

trước đó, đồng thời có thể kết luận rằng sự đóng góp của điện thế bề mặt là vô

cùng quan trọng, ảnh hưởng của lõi là không đáng kể.

KẾT LUẬN

Các mô hình virut đã đưa ra trước đây trong trường hợp đơn giản nhất

coi các virut là các hạt nano gồm có một lớp vỏ xốp (soft) và một nhân là đại

phân tử sinh học chứa thông tin vẫn là rất phức tạp, chỉ có thể giải gần đúng

hoặc giải bằng phương pháp tính số trên máy tính.

Trên thực tế các phép đo chỉ tiến hành được bên ngoài virut, trong luận

văn đã đưa ra mô hình đơn giản hơn của virut chỉ gồm có một lớp vỏ xốp khi

coi các hiệu ứng của phần nhân và của các yếu tố khác được thể hiện bởi một

thế bề mặt hiệu dụng. Với mô hình này bản luận văn đã chỉ ra mối liên quan

giữa điện tích tổng cộng và điện thế bề mặt của virut.

Biểu thức phân bố thế bề mặt hiệu dụng đã được tính toán bằng cách sử

dụng gần đúng Padé. Để đạt được độ phù hợp tốt hơn ta thêm vào đại lượng

exp(-ax) có vai trò giống như một hàm chắn của tương tác Culomb nên biểu

thức Padé mở rộng phù hợp cả với mô hình Ohshima mà bản luận văn vẫn đề

cập đến.

Mô hình này mới và khá đơn giản. Một trong các áp dụng của các

nghiên cứu mới thu được trong luận văn là góp phần soi sáng và giải thích các

kết quả thực nghiệm mới thu được gần đây về các tính chất điện và điện

chuyển của virut bệnh tả MS2 đang được quan tâm nhiều hiện nay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Thị Chính, Ngô Tiến Hiển (2001), Virut học, Nhà xuất bản Đại

học Quốc Gia Hà nội, tr.14-44.

[2] Vũ Thuý Hường (2011), "Nghiên cứu xây dựng mô hình lí thuyết của hạt

nano xốp", Luận văn tốt nghiệp.

[3] A. F. Slachmuylders, B. Partoens, W. Magnus and F. M. Peeters1(2005),

Pade_apprimation exciton in nano wire, pp. 2-14.

[4] Happel J. (1958) Viscous flow in multipartic systems, AlChE J.,4,

pp.197-201.

[5] Helmholtz H. V. (1879) Studien uber electrische grenschichten, Ann. der

Physik und Chimie 7, pp. 337-387.

[6] Hermans J. J., Fujiat H. (1955) Koninkl. Ned. Akad. vetenschap. Proc.

B, 58, pp. 182.

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Virus.

[8] Jacob H. Masliyah, Subir Bhattacharjee (2006), Electrokinetic and

[9] J. Nicklin et al.(1999), Instant Notes in Microbiology, Bios Scientific

Publisher.

[10] Lee Y. J., Yi H., Kim W. J., Kang K., Yun D. S., Strano M. S.,

Ceder G., Belcher A. M. (2009) Science, 324 (5930), pp. 1051-1055.

[11] Nguyen T. T., Bruinsma R. F., Gelbart W. M. (2005) Elasticity

Colloid Transport Phe- nomena, Wiley Interscience, New York.

theory and shape transi- tions of viral shells, Phys. Rev. E, 72, 051923.

[12] Ohshima H. (2000) J. Colloid Interface Sci., 228, pp. 190-193.

[13] Ohshima H. (2007) 285 (13), Colloid and Polymer Science pp. 1411-

1421.

[14] Ohshima H. (2009) Theory of electrostatics and electrokinetics of soft

particles Sci. Tech- nol. Adv. Mater., 10, pp. 063001-063013.

[15] Pham M., Mintz E. A., Nguyen T. H. (2009) Journal of Colloid and

Interface Science, 338 (1), pp. 1-9.

[16] Probstein R. F. (2003) Physicochemical Hydrohynamics, An

Introduction, 2nd ed., Wiley Interscience, New York.

[17] Thanh H. Nguyen,ab Nickolas Easter,ab Leonardo Gutierrez,ab Lauren

Huyett,d Emily Defnet,cSteven E. Mylon,c James K. Ferrid and Nguyen

Ai Viete. (2011), The RNA core weakly in uences the interactions of the

bacteriophage MS2 at key environmental interfaces, pp. 1 – 7.