BÀI THUYẾT TRÌNH NANO TẾ BÀO

Tế bào nano được làm đầy bằng hóa chất diệt tế bào ung thư Các nhà khoa học đã phát triển thành công một tế bào nano có công dụng chui vào trong tế bào ung thư, cắt hết các mạch máu nuôi tế bào (đồng thời có khả năng ngăn không cho nó phát triển lại) rồi kích hoạt một quả bom chứa chất độc giết chết tế bào ung thư.ế bào nano được cấu trúc theo dạng một bong bóng lồng vào một bong bóng lớn hơn với kích thước nhỏ hơn mạch máu tế bào khối u và lớn hơn mạch máu tế bào thường. Bề mặt bong bóng bên ngoài có chứa các hóa chất giúp hệ miễn dịch không đào thải và ở quả bóng bên trong là hóa chất giết chết tế bào ung thư.Phương pháp này đã được thử nghiệm trên chuột, kết quả cho thấy nó đã hoạt động rất an toàn và hiệu quả đối với các khối u ác tính và một dạng ung thư phổi. Điều này cho thấy các nhà khoa học phải thay đổi cấu trúc tế bào nano để phù hợp với từng loại ung thư.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ

KHOA SINH HỌC

Học phần : Sinh học tế bào Sinh học tế bào

Giảng viên hướng dẫn PGS.TS.Nguyễn Khoa Lân

Huế

Huế,ngày 2 tháng 3

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quang Hoàng Vũ 6

Nano tế bào

Huế, 2 tháng 3

do hiệu ứng kích thước Và với những

hiệu ứng mang lại nó đã và đang được

ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất

Nano theo tiếng Latinh (νανοσ) nghĩa là nhỏ xíu Tiền tố

Nano lần đầu tiên xuất hiện trong tài liệu khoa học vào năm

1908 , khi Lohmann sử dụng nó để chỉ các sinh vật rất nhỏ với

đường kính 200nm Vào năm 1974 , Taguishi lần đầu tiên sử

dụng thuật ngữ Công nghệ nano (nanotechnology) hàm ý sự liên

kết các vật liệu cho kỹ thuật chính xác trong tương lai.

Tổ chức Nanotechnology Initiative (NII) trực thuộc chính phủ Mỹ

định nghĩa công nghệ Nano là " b t c th gì liên quan đ n các c u trúc có b t c th gì liên quan đ n các c u trúc có ấ ấ ứ ứ ứ ứ ế ế ấ ấ

kích th ướ c nh h n 100nm ỏ ơ

kích th ướ c nh h n 100nm ỏ ơ ".

Công nghệ Nano Công nghệ Nano

Công nghệ Nano

Trong cuốn Bionanotechnology : " lesson from mature " , Goodsell

định nghĩa Công nghệ Nano là " thao tác và chế tạo ở quy mô Nano Công nghệ Nano

với độ chính xác nguyên tử "

Công nghệ Nano

Công nghệ Nano (Nanotechnology) là ngành (Nanotechnology) là ngành

công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích,

chế tạo và ứng dụng cấu trúc , thiết bị và hệ

thống bằng việc điều khiển hình dáng , kích thước , cấu trúc trên quy mô nanomét

Video

Công nghệ sinh học Nano

Công nghệ sinh học Nano là sự giao thoa của Công nghệ sinh học Nano

công nghệ nano và sinh học và là sự kết hợp của

nhiều lĩnh vực nghiên cứu công nghệ cao

Công nghệ sinh học Nano Công nghệ sinh học Nano là công nghệ sinh

học ở mức độ siêu nhỏ ( mức độ nm ) liên quan đến

phương pháp sử dụng vật liệu và thiết bị công nghệ

Nano để nghiên cứu hệ sinh học

Công nghệ sinh học Nano một mặt nghiên cứu sử

dụng "bộ máy sinh học" để hoàn thiện và sáng tạo công

nghệ Nano

Page  9

Khoa học Nano

Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu

về các hiện tượng, sự can thiệp vào các vật liệu với quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử Quy mô này tương ứng với kích thước vào cỡ

vài nanômét cho đến vài trăm nanômét

Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn

Vật liệu Nano

Khoa học Nano Công nghệ

Nano

Công nghệ Nano

Sơ đồ mối quan hệ

Vật liệu Nano

• Vật liệu Nano là loại vật liệu có kích thước từ

1-100nm với rất nhiều tính chất khác biệt so với vật liệu

khối

khối của chúng

• Vật liệu Nano có tính chất khác biệt là do kích

thước của nó có thế so sánh với kích thước tới hạn của các tích chất của vật liệu Khi kích thước vật liệu giảm xuống đáng kể theo một chiều ,hai chiều hoặc

ba chiều thì tính chất vật lí : tính chất cơ,nhiệt,điện

từ,quang có thể thay đổi đột ngột

Khái niệm

Phân loại vật liệu Nano

Vật liệu Nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích thước

nanomét

Về trạng thái vật liệu Về trạng thái vật liệu người ta chia thành ba ba trạng thái : rắn,lỏng,khí rắn,lỏng,khí

Vật liệu Nano tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn rắn.

Về hình dáng vật liệu Về hình dáng vật liệu được chia thành :

۩ Vật liệu Nano không chiều : Vật liệu Nano không chiều cả ba chiều đều có kích thước

Nano,không còn chiều tự do nào cho điện tử

Ví dụ : đám Nano,hạt Nano

۩ Vật liệu Nano một chiều : Vật liệu Nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước Nano,điện tử được tự do trên một chiều ( hai chiều cầm tù )

Ví dụ : dây nano,ống nano.

۩ Vật liệu Nano hai chiều: Vật liệu Nano hai chiều là vật liệu trong đó có một chiều có kích

thước Nano , hai chiều tự do

Ví dụ : màng mỏng

1 2 3 4.

Theo phương pháp

này, các dung dịch chứa

ion khác nhau được trộn

với nhau theo một tỷ

phần thích hợp, dưới tác

động của nhiệt độ, áp

suất mà các vật liệu

nano được kết tủa từ

dung dịch Sau các quá

trình lọc, sấy khô, ta thu

được các vật liệu nano

Phương pháp hóa

ướt

Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay

Bao gồm các phương

pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học

Phương pháp cơ

học

Các phương pháp này áp dụng hiệu quả

để chế tạo màng mỏng

hoặc lớp bao bề mặt tuy vậy người ta cũng

có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu từ đế

Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo ở quy mô thương mại.

Phương pháp bốc

bay

Gồm các phương pháp:

Nhiệt phân ( flame pyrolysis ),nổ điện

(electroexplosion ),đốt laser (laser ablation),

bốc bay nhiệt độ cao, plasma Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí.

Phương pháp ht

từ pha khí

Nano Tế bào

Phương pháp chế tạo

Page  15

Ứng dụng

Thật không quá khi nói rằng toàn thế giới đang

thực hiện một cuộc cách mạng - cách mạng cách mạng

Nano Cuộc cách mạng mà người ta tin rằng có

thể làm ra những vật liệu có thể thay đổi hẳn cuộc sống của chúng ta Cuộc cách mạng mà bằng mắt thường chúng ta không thể nhìn thấy vì các sản

phẩm mới được tạo thành không phải như những hạt bụi, mà là có kích thước nguyên tử - nano.Sau đây là một số lĩnh vực có ứng dụng mạnh mẽ của công nghệ Nano

Page  16

1 Thực phẩm hạt Nano :

Là những thực phẩm có kích cỡ Nano được đưa vào cơ thể Là những thực phẩm có kích cỡ Nano được đưa vào cơ thể

người thông qua ăn,uống

- Nang Nano dầu cá thu : dầu cá thu chứa nhiều loại acid béo cho cơ thể nhưng

mùi vị rất hắc , khó uống.Người ta làm những nang Nano để chứa nó,sau đó có thể phết các nang này vào bánh mì để ăn hay cho vào nước để uống

- Ốc xoắn Nano đựng Vitamin : người ta làm các hạt Nano hình cuộn dây kích cỡ

khoảng 50 namomet bên trong chứa các chất như Vitamin, Omega 3 , Lycopen

- Qủa cầu Nano chứa chất dinh dưỡng : những người ăn kiêng phải tránh một

số chất không được đưa qua dạ dày hay một bộ phận nào đó của cơ thể Những quả cầu khi này sẽ đóng vai trò đem chất dinh dưỡng trực tiếp đến từng tế bào do chúng có gắn các cảm biến Nano , khi vào bên trong cơ thể vẫn bất động ,nhưng khi có tín hiệu cảm biến từ bên ngoài chúng sẽ hoạt động

- Trà Nano Selen : là thức uống Nano rất được ưa chuộng , nhất là khi có đại dịch

H5N1 Selen rất độc , những người làm việc có tiếp xúc với Selen rất dễ bị nhiểm độc , da nổi sần, rụng tóc, có thể dẫn đến tử vong Nhưng trong cơ thể người luôn phải có Selen ở 1 mức độ nào đó mới bảo đảm sự miễn dịch

Page  17

Ứng dụng Nano trong trồng trọt và chăn nuôi

Ở trang trại có diện tích rộng người ta cài rất nhiều

cảm biến Nano để đo xem nước và chất dinh dưỡng có

đủ cung cấp cho cây hay không , có bị sâu bệnh gì

không để từ đó đưa ra biện pháp khắc phục kịp thời

Các loài vật nuôi ở trang trại lớn cũng được gắn chip chip

Nano cho từng con Những chip này cho biết tên tuổi ,

vị trí , tình trạng sức khỏe , các chip kiêm cả việc tiêm vacxin , thuốc chữa bệnh khi cần thiết

( Một dự án ứng dụng công nghệ Nano của Đan Mạch mang tên " Bảo vệ gia cầm chống lại bệnh truyền nhiễm " viết tắt là CHIP đã được triển khai với chi phí đầu tư 4 năm là 2,3 triệu USD , mục tiêu của dự án là phá vỡ con

đường truyền bệnh và hạn chế các bệnh truyền nhiễm trong ngành chăn nuôi gia cầm bằng cách bao phủ các thiết bị chăn nuôi bằng các phân tử Nano

bạc - vừa làm sạch vừa có tính kháng khuẩn)

Page  18

Ứng dụng của Nano trong đóng gói bao

bì thực phẩm

Hạt sét Nano Hạt sét Nano : cá,mực và một số thủy sản tươi

thường có mùi tanh.Các loại túi nylon thông thường tuy kín nhưng không ngăn được mùi tanh bốc ra chung

quanh Nếu lấy vật liệu làm túi nylon thông thường trộn với hạt Nano sét thổi thành túi đựng sẽ ngăn chặn mùi tanh rất tốt

Vật liệu bằng Nano khoáng sét kết hợp với nylon sử dụng để chế tạo màng ngăn Oxy màng ngăn Oxy có khả năng co dãn , không bị thủng ,dùng làm các loại chai nhựa như chai đựng bia và các loại đồ uống có gas , màng film bao gói thực phẩm , bao bì thịt nguội hoặc lớp tráng trong các lớp giấy bạc đựng sữa , nước hoa quả

Page  19

Ứng dụng công nghệ Nano trong điện tử và cơ khí

Máy tính Nano Máy tính Nano : nhiều phòng thí nghiệm đang bắt tay vào

nghiên cứu thế hệ máy tính Nano, máy tính này sẽ có khả năng lưu giữ xử lý thông tin với tốc độ lớn hơn hiện nay rất nhiều lần

và đặc biệt là giá thành rẻ

Một nhà khoa học người Israel vừa chế tạo một máy tính có thể thực hiện

330000 tỷ phép tính / s gấp 100000 lần tốc độ PC nhanh nhất hiện nay.

Các ống Nano Các ống Nano cũng có thể làm sợi tóc thắp sáng bóng đèn nên được phát triển các loại bóng đèn kiểu mới,các bảng hiện thị thông tin,màn hình máy tính , điện thoại di động

Các ống Nano Các ống Nano cũng cực kỳ vững chắc , cứng gấp 20 lần thép , đặc biệt là kháng nhiệt , điều này có thể giúp con người sản

xuất ra hàng loạt thiết bị cho ngành sản xuất xa hơi, máy bay , tàu vũ trụ

Các tập đoàn đang tham gia và đẩy mạnh ứng dụng về lĩnh vực này là : IBM ,

Intel , Natero , Samsung , Hewlett Packard , NVE , Ford

Page  20

Ứng dụng công nghệ Nano về môi trường

Để giải quyết vấn đề môi trường , người ta tạo ra những màng lọc để lọc ra những phân tử gây ôi nhiễm nhỏ bé nhất Công nghệ nay được áp

dụng phổ biến ở Pháp , Nhật , Nga để lọc nước thải công nghiệp và sinh hoạt , khắc phục sự cố tràn dầu

hoạt , khắc phục sự cố tràn dầu

Các nhà khoa học Đức , Anh đã chế tạo được màng Nano graphen , Các nhà khoa học Đức , Anh đã chế tạo được màng Nano graphen ,

mỏng hơn sợi tóc người 200 ngàn lần , rất bền , dẫn điện nên được sử

dụng trong các trong máy tính, các thiết bị cực nhỏ hoạt động nhanh và

dùng ít năng lượng Graphen cũng dùng làm tấm lọc siêu tinh khiết vì nó

tách rất tốt các hỗn hợp khí ra các thành phần

Nhờ vào công nghệ Nano các nhà hóa học ở Đại học Tổng hợp

Moskva đã tạo ra được

Moskva đã tạo ra được sợi visco sợi visco - đó là những sợi chỉ rỗng lòng, siêu

mảnh, có độ bền , mềm dẻo tuyệt vời và có tính chống ăn mòn cao , người

ta có thể dệt ra vải từ loại chỉ đó và làm ra điện cực dạng vải , dùng trong

các bộ nguồn điện thế mới

Sợi Nano Visco Sợi Nano Visco còn được sử dụng để hấp thụ các kim loại nặng nhất

là dùng trong việc chôn lấp các chất thải phóng xạ

Page  21

Ứng dụng công nghệ Nano trong Y học

Robot Nano Robot Nano : đi vào cơ thể để chữa bệnh Robot Nano thu nhỏ được xem như một nhà phẫu thuật hoàn hảo , kiểm soát toàn bộ hệ thống mạch máu , phát hiện tế bào dị dạng và sữa chữa nó

Công nghệ Nano Công nghệ Nano còn giúp điều trị ung thư Nhờ Nano các bác sĩ có thể đưa thuốc điều trị ung thư vào sâu trong khối u và tiêu diệt chúng nhằm tránh những độc tố nguy hiểm mà gây

ảnh hưởng đến tế bào lành của bệnh nhân

Công nghệ Nano mang lại hy vọng cho những người bị

bệnh tim hoặc bị chấn thương nặng khác Dung dịch chứa các phân tử peptid amphibiles hay sợi thớ nano khi tiêm vào vết

thương sẽ kích thích các mạch máu , đẩy mạnh phân bào vùng vết thương

Công nghệ Nano Công nghệ Nano đưa thuốc diệt tế bào ung thư

Dendrimer ,một dạng polymer nhánh Dendrimer dạng polymer nhánh sử dụng làm

phương tiện vận chuyển vật liệu di truyền ,thuốc chữa

bệnh vào tế bào hoặc khối u đích, không gây phản ứng

miễn dịch nhờ cấu trúc nhỏ và có nhánh.

Nanoshell (sò Nano) có nhân là hạt Silic Nanoshell (sò Nano) hạt Silic được bọc

màng vàng gắn thuốc , có khả năng hấp thụ ánh sáng hấp thụ ánh sáng

hồng ngoại Khi tiếp cận tế bào hoặc khối u đích, người

ta dùng hồng ngoại kích thích giải phóng thuốc.

Page  27

Ứng dụng của Nano tế bào

Trong sinh dược học, đôi khi người ta cần phải phân tách một loại

tế bào đặc biệt nào đó ra khỏi các tế bào khác Hạt từ nano có tính tương hợp sinh học (biocompatible) được dùng để làm điều đó Quá

trình này gồm hai giai đoạn: dán nhãn cho tế bào (labelling) dán nhãn cho tế bào (labelling) bằng các

hạt nano từ; và phân tách các tế bào được dán nhãn phân tách các tế bào được dán nhãn bằng các dụng

cụ phân tách

Các hạt nano từ được phủ bởi một loại hóa chất, thường được dùng là chất hoạt hóa bề mặt ( surfactant ) để làm tăng độ tương hợp sinh học và làm tăng khả năng ổn định trong dung dịch của hạt nano

Cơ chế dán nhãn tế bào giống như cơ chế mà các kháng thể nhận ra các kháng nguyên trong cơ thể Ví dụ nếu ta phủ một lớp hóa chất miễn dịch đặc hiệu bên ngoài hạt nano thì chúng có thể bám vào các

tế bào máu, các tế bào ung thư, vi khuẩn hoặc các thể golgi Để phân tách các tế bào được đánh dấu, người ta dùng một dụng cụ tạo ra gradient từ trường bằng cách đặt một thanh nam châm chẳng hạn để hút các hạt nano từ đang liên kết với các tế bào và bằng cách đó, các

tế bào được tách khỏi các tế bào khác không được đánh dấu.

Kỹ thuật phân tách tế bào

Page  28

Phương pháp đốt các tế bào ung thư đốt các tế bào ung thư bằng từ trường ngoài

mà không ảnh hưởng đến các tế bào bình thường là một trong

những ứng dụng quan trọng khác của hạt nanô từ tính hạt nanô từ tính Một trong những nghiên cứu đầu tiên về đốt nhiệt từ xuất hiện từ năm 1957

Nguyên tắc hoạt động là các hạt nanô từ tính có kích thước

từ 20-100 nm được phân tán trong các mô mong muốn sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều với tần số 1,2 MHz bên

ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho các hạt nanô hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng những vùng xung

quanh Nhiệt độ khoảng 42 °C trong khoảng 30 phút có thể đủ

để giết chết các tế bào ung thư trong khi các tế bào thường vẫn an toàn

Đốt nhiệt từ

Nghiên cứu thử nghiệm đốt nhiệt từ trên thỏ cho thấy nhiệt độ

Page  30

Dẫn truyền thuốc

Một trong những nhược điểm quan trọng nhất của hóa trị liệu đó là tính

không đặc hiệu Khi vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc Chính

vì thế việc dùng các hạt từ tính như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ

những năm 1970, những ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính

Có hai lợi ích cơ bản là: (i) thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc; và (ii) giảm lượng thuốc điều trị Hạt nanô từ tính có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị Lúc này hạt nanô có tác dụng như một hạt mang

Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng một gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc có thể diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các tính chất sinh lý học

do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuyếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ