CÁC QUY TRÌNH và THIẾT bị NANO TRONG CÔNG NGHỆ PROTEIN ENZYME

PowerPoint Presentation CÁC QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NANO TRONG CÔNG NGHỆ PROTEIN ENZYME 1 1 NỘI DUNG CHÍNH 7 6 Quy trình và thiết bị 7 7 Quan điểm 7 8 Giới thiệu sơ lược về kỹ thuật phân tách và tinh sạ.

CÁC QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ NANO TRONG CÔNG NGHỆ PROTEIN-

ENZYME

1

QUY TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

o Thiết bị nano (Nanomachines)

o Cảm biến sinh học (Biosensors and Biochips)

o Bioreactors

o Chất xúc tác (Catalysts )

o Giàn giáo (Scaffolds )

3

Nghiên cứu toàn diện về cấu trúc tế bào

như lục lạp, ribosome, sao chép DNA, ty

thể và các kênh màng đã cung cấp nguồn

cảm hứng cho việc khai thác các quá trình

và thiết bị sinh học khác nhau

4

THIẾT BỊ NANO (NANOMACHINES)

o Các tổ hợp nhỏ được xây dựng từ những phân tử đơn lẻ

o Công cụ hữu ích, tạo ra những vật liệu phức tạp

o Nhằm sửa chữa các khuyết tật nhỏ trên bề mặt hoặc trong các tế bào sống

o Lưu trữ và lấy thông tin.

o Phần thiết yếu của thiết bị nano: động cơ phân tử chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng cơ học

o Đạt được thông qua sự thủy phân ATP hoặc thông qua sự di chuyển của các ion qua màng tế bào

5

MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ ĐỘNG CƠ PHÂN TỬ

Protein động cơ Myosin

Kinesin Dynein

Enzyme F0F1 ATP

RNA polymerase-

6

o Tất cả động cơ như vậy cung cấp chuyển động tự quay hay tuyến tính,

chuyển tiếp lực đẩy

o Chúng sẽ cần thiết trong các công nghệ nano trong tương lai như đòn

bẩy, van, máy bơm, gọng kiềm, và các bộ phận chức năng khác

o Truyền cảm hứng cho những nhà khoa học

7

Phương pháp chụp ảnh bằng đầu dò nano Kinesins

8

Enzyme F0F1 ATP

Cánh quạt kim loại nhỏ 9

Những động cơ phi sinh học khác

Rotor triptycence ba cánh kết hợp với helicence có

khả năng qua 120 độ diễn ra trong 5 bước

Một hệ thống động cơ phân tử xoay 360 độ bao gồm một bis-helicene được kết nối bởi một liên kết đôi anken

10

Phân tử “car-like”, bốn nhóm fullerene gắn ở 4 góc đóng vai trò là bánh

xe

Máy tính DNA

11

CẢM BIẾN SINH HỌC (BIOSENSOR AND BIOCHIPS)

- Cảm biến sinh học gồm 3 phần

o Một yếu tố sinh học nhạy cảm (mô, vi sinh vật, bào quan, thụ thể tế bào…)

o Một đầu dò kết nối và dịch thông tin đến máy dò

o Một máy dò: hiển thị và ghi nhận theo cách hóa lý, quang học, hiệu ứng điện hóa…)

- Có thể được cố định hoặc tự do trong chất lỏng hoặc huyết thanh

- Một số ứng dụng:

• Các mục tiêu liên quan đến sức khỏe, y tế như theo dõi chỉ số glucose của bệnh nhân tiểu đường

• Các ứng dụng môi trường (ví dụ phát hiện thuốc trừ sâu và chất gây ô nhiễm)

• Phát hiện mầm bệnh

• Phân tích folic, biotin, vitamin B12 và acid pantothenic thay thế cho xét nghiệm vi sinh.

Protein và polynucleotide thường được sử dụng làm phân tử cảm biến trong khi lipid và carbohydrat thường cung cấp bề mặt chất nền

12

o Trong công nghệ nano, bioreactor đề cập đến bất kì thiết bị hay hệ thống nào hỗ trợ môi trường hoạt

động ở cấp độ phân tử

o Có kích thước nano hoặc micro

o Khai thác khả năng tự lắp ráp của các phân tử sinh học như lipid, protein bề mặt và carbohydrate

o Mang lại cơ hội cao trong nghiên cứu

13

CHẤT XÚC TÁC (Catalysts)

 Chất xúc tác là các phân tử tạo điều kiện và tăng tốc cho phản ứng hóa học mà không bị tiêu thụ trong quá trình phản

ứng

o Enzyme là phiên bản sinh học của chất xúc tác

o Enzyme: Protein có tính đặc hiệu cao, hoạt động trong điều kiện thuận lợi, thân thiện với môi

trường

o Có sự giới hạn ở số lượng các phản ứng mà chúng có thể xúc tác ; bị thiếu ổn định trong

dung môi hữu cơ và nhiệt độ cao, hạn chế về cofactor

Do đó công nghệ protein là một lĩnh vực nghiên cứu và nỗ lực tạo ra các với những tính chất tối ưu, thông qua thiết kế hợp lý hoặc tiến hóa trong ống nghiệm

14

GIÀN GIÁO (Scaffolds)

 Khả năng tự lắp ráp của nhiều phân tử thành nhũng cấu trúc bậc cao hơn mở ra những cơ hội xây dựng nên

những khung hỗ trợ tạm thời để xây dựng những phân tử kiên cố hơn

 Sự hội tụ của công nghệ nano và công nghệ sinh học

 Sự tập trung vào tính bền vững của các vật liệu, quy trình và thiết bị

 Nguồn cảm hứng trong tự nhiên

 Rất nhiều thử thách phải vượt qua trước khi nhận ra tiềm năng của công nghệ

nano

 Nhiều tiềm năng công nghệ sinh học nano là nghe hấp dẫn, đổi mới và bất ngờ

nhưng đến nay chủ yếu giới hạn trong nghiên cứu học thuật

QUAN ĐIỂM

16

KỸ THUẬT PHÂN TÁCH VÀ TINH SẠCH ĐẦU RA (DSP)

o Là kỹ thuật để phục hồi một sản phẩm từ Bioreactor trở nên tinh khiết hơn phù hợp với mục đích sử dụng

o Quá trình khởi đầu DSP tạo thành một môi trường lên men thô chứa các tế bào sản xuất, chất dinh dưỡng, chất chuyển hóa, chất nền không được tiêu thụ, và phụ phẩm,… hồn hợp phản ứng như enzyme, chất phản ứng, dung môi

o Thách thức: tách sản phẩm tương tự như sản phẩm chính

o Bắt đầu bằng việc tách những thành phần có sự khác biệt về lớn nhất về tính chất hóa lý

o Kết thúc bằng việc tách các phân tử có tính chất ít nhiều giống nhau

o DSP có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến chi phí sản xuất (50-70% đối với sản phẩm công nghệ lên men)

17

SƠ ĐỒ PHÂN TÁCH

18

o Kỹ thuật để loại bỏ sản phẩm tại chỗ, giải pháp công nghệ cải thiện năng

suất

o Bước tách và tinh chết giảm

o Điều kiện tiên quyết quan trọng:

ISPR kết hợp với Bioreactor không sinh ra tác nhân nào ảnh hưởng xấu (độc tính, biến tính enzyme)

19

o Sản phẩm được thu hoạch liên tục hoặc gián đoạn từ Bioreactor bằng cách sử dụng kỹ thuật tách phù hợp Các chất sinh học hoặc toàn bộ

tế bào được sử dụng trong quy trình có thể được loại bỏ khỏi dòng

quy trình và được tái chế trước bước hình thành được sản phẩm.

Cảm biến sinh học gồm bao nhiêu phần

CẢM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ

LẮNG NGHE!

21