SỰ TẬP HỢP CÁC CẤU TRÚC NANO NHƯ VẬT LIỆU SINH HỌC

SỰ TẬP HỢP CÁC CẤU TRÚC NANO NHƯ VẬT LIỆU SINH HỌC

SỰ TẬP HỢP CÁC CẤU TRÚC NANO NHƯ VẬT LIỆU SINH

HỌC

SELF-ASSEMBLY OF NANOSTRUCTURE AS BIOMATERIALS

Nội dung

Sự hấp thụ protein và đính tế bào lên SAM

Màng đơn lớp tự tập hợp (SAM)

Sợi nano tự tập hợp Giới thiệu về sự tự tập hợp

Giới thiệu về sự tự tập hợp

 Tự tập hợp là quá trình tự sắp xếp của phân

tử xảy ra một cách độc lập trong tự nhiên

Ví dụ : sự tự tập hợp của màng lipid kép trong tế

bào , micelle….

 Các hệ thống sinh học sử dụng tự tập hợp để

tạo thành các phân tử có cấu trúc khác nhau

 Mô phỏng theo sự tự tập hợp như tự nhiên là

một chiến lược để tạo ra các vật liệu sinh học

có cấu trúc theo ý muốn

Liên kết hydro Liên kết ion

Liên kết Van der Waals Liên kết tạo keo

Liên kết cộng hóa trị

Sự tự tập hợp

SỢI NANO SINH HỌC

 Gần đây, sợi nano đã đạt được

sự chú ý ngày càng tăng bởi

đặc tính độc đáo và có thể giao

liên kết với các tế bào tương tự

bào( ECM )

 Vật liệu sinh học sợi nano có

các tính chất cơ khí, điện, hóa

chất, sinh học độc đáo

Giới thiệu

Sợi nano sinh học cũng giống như hầu hết cái loại vật liệu nano khác Tức là đều được chế tạo từ hai phương pháp thông dụng là :

 Tổng hợp bằng phương pháp hóa học

 Tổng hợp từ vật liệu tự nhiên

Phương pháp tổng hợp

 Phương pháp tổng hợp hóa học giúp tạo ra lượng lớn vật liệu nano với giá thành hợp lý

 Có thể bắt đầu với dung dịch muối và cho thêm hóa chất

(như hydroxide) Sau khi sản phẩm ở trạng thái siêu bão hòa, quá trình kết tủa xảy ra

 Tính chất hạt phần lớn được xác định bởi tốc độ phản ứng, tốc độ phản ứng lại bị ảnh hưởng bởi nồng độ của các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, pH và thứ tự chất phản ứng cho vào dung dịch

Tổng hợp hóa học

 Xi-Qiao Feng (Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh) và các cộng sự của ông ở Đại học Brown (Providence, Mỹ)

đã chỉ ra rằng các sợi nano với đường kính từ 25 đến

100 nm có thể chiết suất từ các nguồn nguyên liệu thiên nhiên này bằng kỹ thuật siêu âm.

 Feng cùng các cộng sự đã thành công trong việc

chiết suất tơ nhện để tạo ra sợi nano với đường kính khoảng 30 nm bằng kỹ thuật siêu âm (tần số 20 kHz).

Tổng hợp từ vật liệu tự nhiên

 Vật liệu sinh học sợi nano có ứng dụng rộng rãi trong

kỹ nghệ mô (tissue engineering) và sắp xếp tế bào

(cell patterning), điện cực dùng trong chẩn đoán, và các thiết bị/vật liệu/hạt nano sử dụng trong phân phối thuốc hoặc liệu pháp y học

 Mihail Roco, chủ tịch của Nanoscale Science,

Engineering and Technology Subcommittee tại NNI, tiên đoán vào năm 2015, ít nhất 1 nửa các loại thuốc được tạo ra sẽ dựa trên vật liệu nano sinh học trong

đó sợi nano sinh học có vai trò không nhỏ.

Ứng dụng

MÀNG MỎNG ĐƠN LỚP THEO CÔNG NGHỆ TỰ

TẬP HỢP

(SELF-ASSEMBLED

MONOLAYERS)

Phần cuối: là nhóm chức năng giữ vai trò hoạt hóa

bề mặt.Phân tử sinh học

sẽ được gắn với nhóm chức năng này

Phần đầu (headgroup): đây là phần quan trọng nhất có khả năng hấp phụ tạo liên kết với bề mặt đế phủ, là tiền đề để tạo thành màng

Phần cuối: là nhóm chức năng giữ vai trò hoạt hóa

bề mặt.Phân tử sinh học

sẽ được gắn với nhóm chức năng này

Phần đầu (headgroup): đây là phần quan trọng nhất có khả năng hấp phụ tạo liên kết với bề mặt đế phủ, là tiền đề để tạo thành màng

PHÂN LOẠI

 Dựa vào các yếu tố như phân

tử hữu cơ tạo màng , dung môi

hay ứng dụng mà có nhiều loại

 SAM-alkanethiols: Sam thiol có thế hình thành

theo cách sắp xếp trong môi trường dung dịch hoặc thể khí, nhưng đa số trong dung dịch.

 SAM-alkylsiloxanes:màng SAM-alkylsiloxanes hình thành do sự kết hợp giữa nhóm siloxane với nhóm chức –OH trên bề mặt của đế phủ bằng các hợp chất SiO2 ,Al2O3, mica, thủy tinh.

ỨNG DỤNG

 Điều chỉnh nhóm chức năng: trong kỹ thuật cao người

ta lợi dụng việc tạo SAM để tạo các nhóm chức hoạt động trên bề mặt vật liệu

 Điều khiển hoạt tính bề mặt: dựa vào khả năng nhạy

cảm điều kiện: diều khiển tính ưa nước, hiệu ứng hoạt tính sinh học…

ỨNG DỤNG

 Điều chỉnh nhóm chức năng : một trong những ứng dụng của Sam là bảo vệ bề mặt kim loại chống oxy hóa

và làm mềm hóa vật liệu… Nhờ những nhóm chức này

để chế tạo những vật liệu cảm biến, vật liệu kỹ thuật mẫu dưỡng (patterning)…

 Điều khiển hoạt tính bề mặt

Ví dụ: điều khiển tính ưa nước

ỨNG DỤNG

Phủ lên SAM Ag dùng kháng khuẩn cho hydroxyapatite

ỨNG DỤNG

TỰ TẬP HỢP PROTEIN ĐÍNH TẾ BÀO LÊN SAM

Sự hấp thụ protein lên bề mặt vật liệu

Sự hấp thụ đặc hiệu protein lên SAM

Sự đính tế bào lên SAM

Ứng dụng trong cảm biến sinh học

Nội dung

Sự hấp thụ protein lên bề mặt vật liệu

Nhược điểm :

•Protein bị thay đổi liên tục và có thể bị biến tính

•Protein hấp thụ lên bề mặt không đặc hiệu

Sự hấp thụ protein lên SAM

 Nếu nhóm X của SAM phân

Bề mặt kháng hấp thụ protein

 Một phương pháp kháng hấp thụ protein thành

công là phủ lên bề mặt một lớp poly ( ethylene glycol ) với mật độ cao.

 Những nhóm oligo(ethylene glycol) dùng để kiểm

soát các protein hấp thụ lên bề mặt

 Mật độ PEG càng lớn và dây càng dài thì sự kháng

hấp thụ càng hiệu quả

Hấp thụ protein đặc hiệu lên SAM

 Đối với các biosensor thì SAM chỉ hấp thụ một

loại protein đặc hiệu mà không hấp thụ các protein khác , người ta sử dụng tương tác kháng nguyên – kháng thể

 PEG có tác dụng kháng lại những hấp thụ

không đặc hiệu

VD : biotin-streptavidin….

Hấp thụ protein đặc hiệu lên SAM

Đính tế bào lên SAM

 Trong cơ thể , các tế bào được

đính vào ECM VD như :

collagen , fibronectin , laminin