tìm hiểu khả năng gắn kết hạt nano vàng (au) với kháng nguyên (hoặc kháng thể) tạo kit chẩn đoán virus gây bệnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Vũ Thắng
TÌM HIỂU KHẢ NĂNG GẮN KẾT HẠT NANO
VÀNG (AU) VỚI KHÁNG NGUYÊN (HOẶC
KHÁNG THỂ) TẠO KIT CHẨN ĐOÁN VIRUS
GÂY BỆNH
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Vật lý kĩ thuật
Hà Nội – 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Vũ Thắng
TÌM HIỂU KHẢ NĂNG GẮN KẾT HẠT NANO
VÀNG (AU) VỚI KHÁNG NGUYÊN (HOẶC
KHÁNG THỂ) TẠO KIT CHẨN ĐOÁN VIRUS
GÂY BỆNH
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Vật lý kĩ thuật
Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Lê Thanh Hòa
Hà Nội – 2009
Tóm tắt
Xu hướng của khoa học ứng dụng hiện nay là tích hợp lại để cùng nghiên cứu
các đối tượng nhỏ bé có kích thước tiến đến kích thước của nguyên tử. Trong đó
công nghệ nano được ứng dụng trong sinh học đã tạo lên các hướng nghiên cứu mới
cho các nhà khoa học. Vật liệu nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích
thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450
nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước
nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể

thâm nhập vào các tế bào hoặc virus. Ứng dụng của vật liệu từ nano trong sinh học
thì có rất nhiều, mục đích của khóa luận này giới thiệu hạt nano vàng (dạng keo,
colloidal gold), các dạng hạt nano vàng đang được sử dụng; kháng nguyên kháng
thể và nguyên lý ứng dụng tạo kit chẩn đoán nhanh trên nguyên lý miễn dịch học
sắc ký, có vai trò của nano vàng.
i
Lời cảm ơn
Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lê Thanh Hòa,
thầy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Vật lý kĩ thuật và
Công nghệ nano - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo,
chỉ dẫn chúng em và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập trong suốt
quá trình học đại học đặc biệt là trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp.
Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên lớp K50V trường Đại học Công nghệ đã cho
tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này.
Cuối cùng con xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm
yêu thương.
ii
Mục lục
Tóm tắt i
Lời cảm ơn ii
ii
Mục lục iii
Danh sách hình vẽ v
Danh sách bảng biểu vi
MỞ ĐẦU 1
Chương 1.
MÔ TẢ HẠT VÀNG, KEO VÀNG VÀ
NHIỀU HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG 3
1.1.Giới thiệu về vàng, hạt vàng, keo vàng 3

1.2.Các ứng dụng của hạt vàng 6
1.2.1.Linh kiện nhờ hạt nano vàng hữu cơ mới 6
1.2.2.Trị bệnh Alzheimer bằng hạt vàng nano 8
1.2.3.Sử dụng hạt nano tìm tế bào ung thư 8
1.2.4.Ứng dụng các hạt nano vàng trong màng thẩm thấu ngược 10
Chương 2.
MÔ TẢ KHÁNG NGUYÊN VÀ KHÁNG THỂ 11
2.1.Kháng nguyên 11
2.1.1.Khái niệm kháng nguyên 11
2.1.1.1.Tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên 11
2.1.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch 12
2.1.2.1.Những tính chất của bản thân kháng nguyên ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch 12
2.1.2.2.Những tính chất của hệ thống sinh học ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch 15
2.1.3.Quyết định kháng nguyên 18
2.1.4.Một số loại kháng nguyên 18
2.1.4.1.Kháng nguyên nhóm máu 19
2.1.4.2.Hệ ABO 19
2.1.4.3.Hệ Rh 21
2.1.4.4.Các kháng nguyên vi sinh vật 22
2.1.5.Kháng nguyên phù hợp tổ chức (Kháng nguyên hoà hợp mô) 24
2.2.Khái niệm kháng thể 24
2.2.1.Kháng thể 24
2.2.2.Cấu trúc cơ bản của kháng thể 25
2.2.3.Các quyết định kháng nguyên trên phân tử globulin miễn dịch 27
2.2.4.Các quyết định isotype 27
2.2.5.Các quyết định allotyp 28
iii
2.2.6.Các quyết định idiotype 28
2.2.7.Các lớp kháng thể 30
2.2.7.1.Kháng thể IgG 30

2.2.7.2.Kháng thể IgM 31
2.2.7.3.Kháng thể IgA 32
2.2.7.4.Kháng thể IgE 34
2.2.7.5.Kháng thể IgD 35
Chương 3.
ỨNG DỤNG CỦA HẠT VÀNG TRONG VIỆC CHẾ TẠO KIT CHẨN ĐOÁN BỆNH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP MIỄN DỊCH HỌC SẮC KÝ 37
3.1.Phương pháp miễn dịch học sắc ký 37
3.2.Về thứ tự sắp xếp lắp ráp 39
3.3. Về thành phần tham gia 39
3.4.Về nguyên tắc hoạt động của phản ứng và đánh giá kết quả 39
KẾT LUẬN 42
Tài liệu tham khảo 43
iv
Danh sách hình vẽ
Hình 1. Hạt nano vàng (Au) với 2 liên kết điện tích bề mặt và dạng sản xuất tiêu thụ trên thế giới 4
Hình 2. Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước khác nhau có màu sắc
khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt (biểu thị bằng nm, được ghi dưới mỗi đáy ống) 4
Hình 3: Gắn kết của hạt vàng với kháng thể IgG 6
Hình 4. Sử dụng các hạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ 7
Hình 5. Tế bào thần kinh bình thường (phải) và tế bào thần kinh với
cặn beta amyloid màu xanh (nằm bên ngoài và xung quanh tế bào thần kinh) 8
Hình 6. Gắn hạt nano vàng vào kháng thể của EFGR 9
Hình 7. Mô hình lắp ráp các thành phần của bộ kit ICT (I) và đánh giá kết quả (II) 38
v
Danh sách bảng biểu
Bảng 1.1. Kích cỡ hạt nano vàng đang được sử dụng hiện nay 5
Bảng 1.2. Liên kết của kháng thể, streptavidin và hạt nano vàng theo tính toán 5
Bảng 2.1. Cơ chế tác động theo suy luận của các tá chất thường dùng 17
Bảng 2.2. Các genotype và phenotype cùng với kháng thể trong huyết thanh 20

Bảng 2.3. Đặc điểm và hoạt tính sinh học của các lớp và phân lớp kháng thể 30
vi
MỞ ĐẦU
Phần tử kim loại có kích thước bé hơn 100 nm được gọi là các hạt kim loại có
cấu trúc nano (nanoparticles). Nano theo tiếng Latinh (νανοσ) có nghĩa là rất bé nhỏ.
Năm 1974, Tanigushi lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano
(nanotechnology) hàm ý sự liên kết các vật liệu cho kỹ thuật chính xác có thể ứng
dụng trong tương lai. Những hạt nano bé nhỏ có cấu trúc mang điện tích nhiều lớp, dễ
dàng liên kết với nhiều phân tử khác, trong đó có những phân tử có bản chất axit
nucleic hoặc protein hoặc các phân tử hoá chất hoá dược. Hạt nano ngày nay được sản
xuất một cách dễ dàng, theo lối công nghiệp, mang tính thương mại, và do vậy, công
nghệ sản xuất nano ngày càng được hoàn thiện và cho ra sản phẩm càng ngày càng
đảm bảo nhu cầu ứng dụng chính xác, đó chính là công nghệ nano. Công nghệ nano
chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng
nanomét (nm), các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này được khai thác ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực cuộc sống trong đó có sinh - y học, mở ra một ngành mới: ngành
công nghệ sinh học nano. Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) được ứng
dụng vào các lĩnh vực nghiên cứu sinh học, tìm kiếm dược phẩm, dẫn truyền
thuốc/hoá chất hướng đích kìm hãm và điều trị tế bào (ví dụ: ung thư), tạo nên các vật
liệu nano sinh học mới, các thiết bị và vật liệu chẩn đoán, các liệu pháp trị liệu có hiệu
quả.
Hạt nano kim loại mang đặc tính gắn kết, một khi được gắn với kháng nguyên
hoặc kháng thể (thông thường là kháng thể đơn dòng), được lắp ráp trong các loại hình
dụng cụ chẩn đoán, có thể sử dụng như là một loại công cụ phát hiện nhanh tác nhân
gây bệnh. Kháng nguyên hoặc kháng thể là các phân tử protein có nhiều gốc liên kết
và mang điện tích, nên chúng có khả năng kết hợp với hạt nano (ví dụ: hạt vàng, được
sử dụng nhiều nhất); đồng thời kháng nguyên và kháng thể đặc hiệu còn có khả năng
kết hợp với nhau bằng liên kết miễn dịch học. Do vậy, khi sử dụng làm công cụ chẩn
1
đoán, hạt nano vàng sẽ giúp chúng ta trong chỉ thị phát hiện theo nguyên lý miễn dịch

học, xảy ra nhanh, dễ làm, kết quả chính xác.
Trong chuyên đề này, chúng tôi giới thiệu hạt nano vàng (dạng keo, colloidal
gold), các dạng hạt nano vàng đang được sử dụng; kháng nguyên kháng thể và nguyên
lý ứng dụng tạo kit chẩn đoán nhanh trên nguyên lý miễn dịch học sắc ký, có vai trò
của nano vàng.
2
Chương 1.
MÔ TẢ HẠT VÀNG, KEO VÀNG VÀ
NHIỀU HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG
1.1. Giới thiệu về vàng, hạt vàng, keo vàng
Vàng là tên nguyên tố hoá học có kí hiệu Au và số nguyên tử 79 trong bảng tuần
hoàn. Là kim loại chuyển tiếp (hoá trị 3 và 1) mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng và
chiếu sáng, vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưng lại chịu tác dụng của
nước cường toan để tạo thành axit cloroauric cũng như chịu tác động của dung dịch
xyanua của các kim loại kiềm. Kim loại này có ở dạng quặng hoặc hạt trong đá và
trong các mỏ bồi tích và là một trong số kim loại đúc tiền, có giá trị vô cùng to lớn
trong cuộc sống của con người từ xưa tới nay, được coi là “Vua của các kim loại”.
Mối quan tâm của các nhà khoa học về nguyên tố không biến đổi và không bị ôxy hoá
này đã xuất hiện từ rất lâu: ngành y học cổ truyền Ai Cập, Trung Hoa hay Ấn Độ đã sử
dụng kim loại này để xử lý vết loét trên da hay một số bệnh viêm nhiễm khác. Nhưng
ngày nay, nhờ vào tiến bộ trong lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), người ta có
thể xác định thêm nhiều đặc tính khác của kim loại này. Khi khoa học công nghệ phát
triển và nhu cầu sử dụng trong các ứng dụng sinh - y học, thì hạt vàng có thêm ứng
dụng mới trong thực tiễn dưới dạng đặc biệt đó là đó là: hạt Nano vàng (Hình 1).
Khi được chia nhỏ ở trạng thái phân tử có kích thước vài nanomet (nm), nguyên
tố này có rất nhiều đặc tính riêng biệt. Trước tiên chúng sẽ thay đổi màu sắc, chuyển
từ màu vàng sang màu đỏ hoặc tím nhạt (Hình 2). Sự chuyển màu này có được là do
trong phân tử nano vàng không hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng quang
phổ như các miếng vàng khối thông thường.
3

Hình 1. Hạt nano vàng (Au) với 2 liên kết điện tích bề mặt và dạng sản xuất tiêu thụ trên thế
giới
(Nguồn: )
Hình 2. Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước khác nhau có
màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt (biểu thị bằng nm, được ghi dưới mỗi đáy
ống)
(Nguồn: />Màu của vàng rắn cũng như của dung dịch keo từ vàng (có màu đậm, thường tía)
được tạo ra bởi tần số plasmon của nguyên tố này nằm trong khoảng thấy được, tạo ra
ánh sáng vàng và đỏ khi phản xạ và ánh sáng xanh khi hấp thụ. Vàng nguyên thuỷ có
chứa khoảng 8 đến 10% bạc, nhưng thường nhiều hơn thế. Hợp kim tự nhiên với thành
4
phần bạc cao (hơn 20%) được gọi là electrum. Khi lượng bạc tăng, màu trở nên trắng
hơn và trọng lượng riêng giảm. Từ phép đo quang phổ lên các dung dịch keo vàng ở
các kích thước khác nhau, chúng ta có thể tính toán được nồng độ (độ đậm đặc) của
các phân tử vàng trong các chế phẩm thương mại của hạt vàng. Những giá trị này cho
rằng tất cả những tetrachloroaurate được sử dụng cho việc pha chế được chuyển đổi
thành keo vàng và các phân tử keo vàng được tạo ra từ vàng kim loại có mật độ 19,31
grams mỗi mL (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Kích cỡ hạt nano vàng đang được sử dụng hiện nay
Kích cỡ của các
hạt (nm)
Thể tích của hạt
(nm
3
)
Trị số OD Số hạt trên 1mL Số hạt nmol/mL
3 14.1 10 (360nm) - -
5 65.5 3 (520nm) 1.95 X 10
14
0.32

10 523 3 (520nm)
2.09 X 10
13
0.034
15 1767 4 (520nm)
8.20 X 10
12
0.013
30 14140 5 (520nm)
1.13 X 10
12
0.0019
Ở trạng thái nano, vàng cũng có khả năng cố định các phân tử sinh học (kháng
nguyên và kháng thể). Vì vậy, các phân tử vàng có thể sử dụng trong rất nhiều xét
nghiệm sinh học hay chẩn đoán y khoa.
Bảng 1.2. Liên kết của kháng thể, streptavidin và hạt nano vàng theo tính toán
Kích
thước hạt
(nm)
Diện tích
bao phủ
(nm
2
)
số phân tử
IgG trên
mỗi hạt
IgG
nmol/mL
streptavidin

/ phân tử
[Streptavidin]
nmol/mL
3 28,3 1 - - -
5 78,5 1,7 0.56 3.1 1.0
10 314 7,0 0.24 12.6 0.44
15 706 15.7 0.21 28.3 0.38
30 2827 62.8 0.12 113.1 0.21
Dựa trên những giả thuyết chúng ta có thể tính toán được số lượng gần đúng của
các phân tử IgG và streptavidin có thể hấp thu được các phần tử vàng. Những giá trị
thu được này dựa trên diện tích tiếp xúc với IgG có kích thước 45 nanomet và với
5
streptavidin có kích thước 25 nanomet và giả sử rằng các phân tử IgG hoặc
streptavidin bao phủ 50% bề mặt các phần tử vàng (Bảng 1.2).
Hình 3: Gắn kết của hạt vàng với kháng thể IgG
1.2. Các ứng dụng của hạt vàng
1.2.1. Linh kiện nhờ hạt nano vàng hữu cơ mới
Các nhà nghiên cứu vừa phát triển một loại linh kiện hớ mới sử dụng các hạt
nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ pentacene. Sự kết đôi mới này là bước then
chốt để tiến vào việc phát triển bộ nhớ sử dụng các chất dẻo hữu cơ, có khả năng sẽ rẻ
hơn và linh hoạt hơn so với các bộ nhớ silicon truyền thống sử dụng trong máy tính,
các ổ đĩa flash và các ứng dụng khác
"Khả năng của các hạt nano vàng tự lắp ghép với nhau tạo thành những mảng
trật tự tạo cho chúng một ưu thế tuyệt vời trong việc ứng dụng vào các bộ nhớ silicon,
điều này đã được nhiều nghiên cứu chỉ ra. Chúng tôi đã thực hiện bước tiếp theo là tổ
hợp chúng với pentacene để tạo thành một hệ thống nhớ hữu cơ mới" - Wei Lin
Leong, nhà khoa học của Đại học Kỹ thuật Nanyang (Singapore) phát biểu trên
PhysOrg.com. Leong là lãnh đạo nhóm tác giả của bài báo vừa công bố trên tạp chí
6
Applied Physics Letter(nguồn: trong

thời gian gần đây.
Linh kiện là một cấu trúc đa lớp. Từ trên nhìn xuống, nó chứa một điện cực
vàng, một lớp pentacene, các hạt nano vàng, một lớp của hợp chất được sử dụng để
giúp cho các hạt nanobám chặt vào lớp dưới cùng, và lớp dưới cùng là
lớp đế SiO
2
/Si tạo thành điện cực thứ hai (xem Hình 4).
Hình 4. Sử dụng các hạt nano vàng và hợp chất bán dẫn hữu cơ
Các hạt nano sẽ hoạt động như các phần tử phóng-nạp của linh kiện, phần tử then
chốt tạo nên khả năng lưu trữ thông tin. Chúng được sắp xếp trên một lớp, và mỗi hạt
có đường kính từ 3 đến 5 nm. Để tạo sự bền vững, các nhà nghiên cứu bao bọc các hạt
bởi citrate, một loại muối từ acid citric, giống như là kiểu các hạt lạc trong kẹo lạc.
Còn lớp pentacene tạo nên lớp bán dẫn của linh kiện.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm khả năng nhớ của linh kiện bằng cách đo
khả năng phản ứng dưới các điện thế các nhau. Bằng một cách điều khiển tương tự, họ
tạo ra một cấu trúc tương tự nhưng không chứa lớp các hạt nano vàng. Linh kiện này
không thể lưu giữ các điện tích, trong khi linh kiện chứa lớp các hạt nano lại cho khả
năng ngược lại: Dưới một hiệu điện thế âm, tập hợp các lỗ trống được bơm vào lớp
pentacene và chúng bị kéo lại và bị bẫy trong lớp các hạt nano. Đặt một hiệu điện thế
dương sẽ giải phóng các lỗ trống này.
7
1.2.2. Trị bệnh Alzheimer bằng hạt vàng nano
Các nhà hoá học ở Chile và Tây Ban Nha vừa phát triển một kỹ thuật mới, có
thể chặn đứng hoặc làm chậm sự tiến triển của bệnh Alzheimer - chứng mất trí nhớ.
Điều đặc biệt là kỹ thuật này không gây tổn thương cho các tế bào não khoẻ mạnh.

Hình 5. Tế bào thần kinh bình thường (phải) và tế bào thần kinh với
cặn beta amyloid màu xanh (nằm bên ngoài và xung quanh tế bào thần kinh)
Nhóm nghiên cứu đã gắn các hạt vàng có kích thước nanomet vào một ít cặn beta
amyloid trong ống nghiệm. Cặn beta amyloid là những protein kết hợp với nhau, được

cho là góp phần gây ra sự suy giảm trí nhớ ở bệnh nhân Alzheimer (Hình 5).
Tiếp đến, họ ủ hỗn hợp này trong nhiều ngày rồi cho phơi nhiễm với trường vi
sóng yếu trong nhiều giờ. Mức năng lượng của trường vi sóng nhỏ gấp 6 lần so với
điện thoại di động bình thường nên không làm hại các tế bào khoẻ mạnh. Kết quả là
các cặn beta amyloid bị hoà tan. Tình trạng hoà tan này kéo dài ít nhất một tuần. Điều
đó cho thấy kỹ thuật không chỉ có tác dụng phá vỡ cặn beta amyloid mà còn làm cho
những protein này tái kết hợp chậm hơn.
Theo như những nghiên cứu thì kỹ thuật này có tiềm năng điều trị các bệnh suy
thoái thần kinh, trong đó có bệnh liệt rung Parkinson và Hungtington. Nó tương tự như
kỹ thuật sử dụng các hạt kim loại cỡ nano để dán nhãn và phá huỷ các tế bào ung thư.
1.2.3. Sử dụng hạt nano tìm tế bào ung thư
8
Các nhà khoa học Mỹ đã phát triển một kỹ thuật dùng những hạt vàng cực nhỏ
dính vào kháng thể để tìm kiếm tế bào ung thư.
Họ nghiên cứu chung một vấn đề kỹ thuật dùng những hạt vàng cực nhỏ (gold
nanoparticles) dính vào kháng thể để tìm kiếm tế bào ung thư. Các nhà nghiên cứu
dùng những hạt vàng cỡ nano là vì vàng hấp thụ ánh sáng mạnh và dễ nhận biết qua
kính hiển vi (Hình 6).
Hình 6. Gắn hạt nano vàng vào kháng thể của EFGR
Những hạt này được dính vào những kháng thể của EFGR, một thụ thể tác nhân
phát triển biểu bì (epidermal growth factor receptor). Kết quả cho thấy những hạt nano
vàng dính kháng thể EFGR bám mạnh vào tế bào ung thư, nhiều gấp 600 lần dính vào
các tế bào lành không phải ung thư.
Nhờ kỹ thuật trên có thể tìm kiếm, phân biệt tế bào ung thư với tế bào lành mạnh.
Hay nói cách khác là dùng những viên cực nhỏ bằng vàng dính kháng thể có thể giúp
tìm kiếm tế bào ung thư một cách dễ dàng. Phương pháp này nhạy cảm đến nỗi có thể
nhìn thấy một hạt cực nhỏ bằng vàng đơn độc, óng ánh qua kính hiển vi. Đeo kính
bằng vàng (gold colloid) không gây độc cho tế bào trong cơ thể bệnh nhân.
Nhiều công trình nghiên cứu khác cũng áp dụng hạt nano trong chẩn đoán bệnh
cũng như điều trị bệnh. Trong một công trình nghiên cứu mới đây, đã dùng hạt nano

dính thuốc điều trị ung thư rồi cho chui vào tế bào ung thư với tốc độ nhanh đến nỗi hệ
9
thống miễn dịch cơ thể không thể đối phó kịp thời. Đồng thời tế bào ung thư cũng
không phản ứng kháng thuốc trị ung thư kịp thời. Khi vào được trong tế bào ung thư
thì những hạt này tan rã, đẩy thuốc thật nhanh trong tế bào ung thư và hủy tế bào ung
thư. Trọng tâm của công trình nghiên cứu này nhắm vào tế bào ung thư buồng trứng,
một loại ung thư rất khó chữa, và nhiều ung thư khác nữa.
1.2.4. Ứng dụng các hạt nano vàng trong màng thẩm thấu ngược
Các hạt nano vàng siêu kỵ nước phân tán trong màng thẩm thấu ngược (RO)
polyamit thông thường cho phép nước thấm nhanh hơn so với các loại màng truyền
thống khác trong khi vẫn tách được muối. Các hạt tinh thể cho phép nước chảy qua,
đồng thời làm tăng được hiệu quả loại bỏ các tạp chất hữu cơ và vi khuẩn.
Một màng mỏng polyme sẽ không mang lại hiệu quả cao trong quá trình xử lý
nước. Vì vậy, để có hiệu quả hơn thì nên kết hợp đồng bộ các hạt nano vàng vào bên
trong màng thẩm thấu. Những hạt nano này hút nước và tạo ra một cấu trúc lỗ rỗng
cân đối hơn so với lớp màng. Theo đó, tiêu hao năng lượng cho loại màng này sẽ được
giảm đáng kể, đôi khi, có thể giảm được tới 50%. Hoek chưa thấy bất cứ trục trặc nào
khi sử dụng màng thẩm thấu chứa hạt nano vàng. Tuy các hạt nano vàng là rất đắt
nhưng chỉ cần sử dụng với một lượng nhỏ và chi phí cũng không cao.
Các nhà nghiên cứu UCLA đang phát triển công nghệ để tổng hợp các hạt nano
vàng chuyên dụng và sử dụng chúng trong màng RO. Theo ông Jeff Green - Chủ tịch
hội đồng quản trị của Công ty Santa Monica (Công ty sở hữu công nghệ này), những
thử nghiệm màng RO nano vàng sẽ bắt đầu vào năm 2008. Nếu thử nghiệm thành
công, Công ty sẽ cho ra mắt sản phẩm này vào đầu năm 2009. Ông Green cho biết, chi
phí của loại màng mới này sẽ cao hơn từ 1% đến 5% so với các loại màng truyền
thống. Tuy nhiên chúng sẽ góp phần tiết kiệm đáng kể trong quá trình lắp đặt và vận
hành thiết bị xử lý nước. Và còn có nhiều ứng dụng khác trong cuộc sống thực tế.
10
Chương 2.
MÔ TẢ KHÁNG NGUYÊN VÀ KHÁNG THỂ

2.1. Kháng nguyên
2.1.1. Khái niệm kháng nguyên
Kháng nguyên (antigen) là những phân tử lạ hoặc vật lạ, thường là các protein,
khi xâm nhập vào cơ thể chủ thì có khả năng kích thích cơ thể chủ sinh ra các đáp ứng
miễn dịch đặc hiệu chống lại chúng.
2.1.1.1. Tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên
Tính sinh miễn dịch và tính kháng nguyên là hai phạm trù liên quan đến nhau
nhưng khác hẳn nhau.
a. Tính sinh miễn dịch
Tính sinh miễn dịch (immunogenicity) là khả năng kích thích sinh ra đáp ứng
miễn dịch dịch thể hoặc đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào đặc hiệu với kháng
nguyên:
Tế bào B + Kháng nguyên  Đáp ứng miễn dịch dịch thể
Tế bào T + Kháng nguyên  Đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào
Với ý nghĩa này chúng ta có thể gọi các kháng nguyên dưới một tên khác chính
xác hơn là chất sinh miễn dịch.
b. Tính kháng nguyên
Tính kháng nguyên (antigenticity) là khả năng kết hợp một cách đặc hiệu của
kháng nguyên với các sản phẩm cuối cùng của các đáp ứng trên (tức là với kháng thể
11
Immunoglobulin trong đáp ứng miễn dịch dịch thể, hoặc các thụ thể của tế bào lympho
T dành cho kháng nguyên trong đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào).
Mặc dù tất cả các phân tử có tính sinh miễn dịch thì đều có tính kháng nguyên. Nhưng
ngược lại không phải bất kỳ một phân tử nào có tính kháng nguyên thì cũng đều có
tính sinh miễn dịch. Một số phân tử được gọi là hapten có tính kháng nguyên, nhưng
bản thân chúng không có khả năng kích thích sinh ra một đáp ứng miễn dịch đặc hiệu.
Nói một cách khác các hapten có tính kháng nguyên nhưng không có tính sinh miễn
dịch. Khi hapten được gắn với một protein thích hợp nào đó thì phức hợp hapten-
protein này lại trở nên có tính sinh miễn dịch, và đáp ứng miễn dịch do phức hợp này
kích thích sinh ra chủ yếu là chống lại và mang tính đặc hiệu với phần hapten; phân tử

protein gắn với hapten như vậy được gọi là protein tải (carrier protein). Như vậy phức
hợp hapten-protein tải là chất sinh miễn dịch hoàn chỉnh với hai yêu cầu cần và đủ là
tính kháng nguyên (do hapten cung cấp) và tính sinh miễn dịch (do protein tải cung
cấp). Rất nhiều chất quan trọng về phương diện miễn dịch học bao gồm thuốc, các
hormon peptide và các hormon steroid có thể hoạt động như các hapten.
2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch
2.1.2.1. Những tính chất của bản thân kháng nguyên ảnh hưởng đến
tính sinh miễn dịch
Có bốn đặc điểm của chất sinh miễn dịch góp phần quyết định tính sinh miễn
dịch của nó đó là tính lạ, kích thước phân tử, thành phần và tính không thuần nhất về
phương diện hoá học, và khả năng giáng hoá để có thể được xử lý và trình diện cùng
với một phân tử MHC trên màng tế bào trình diện kháng nguyên hoặc tế bào của cơ
thể bị biến đổi.
Tính lạ: Để kích thích cơ thể sinh ra một đáp ứng miễn dịch thì phân tử kích
thích này phải được nhận biết như là một phân tử không phải của bản thân cơ thể đó
(thực sự không phải của cơ thể hoặc của cơ thể nhưng bị nhận nhầm). Sự nhận biết
những gì là của chính bản thân mình xuất hiện rất sớm trong quá trình phát triển bào
thai, ngay khi các tế bào lympho chưa chín được tiếp xúc với các thành phần của bản
12
thân cơ thể. Bất kỳ một phân tử nào không được hệ thống miễn dịch nhận biết trong
giai đoạn này thì sẽ được nhận biết như không phải là của bản thân cơ thể đó, hay nói
cách khác là lạ. Khi một kháng nguyên xâm nhập vào một cơ thể thì mức độ sinh miễn
dịch của chúng phụ thuộc vào mức độ lạ. Nhìn chung khoảng cách tiến hoá càng xa
giữa hai loài thì sự khác biệt về di truyền và sự khác biệt về kháng nguyên giữa hai cơ
thể sẽ càng lớn, hay nói cách khác là càng lạ. Ví dụ albumin huyết thanh bò sẽ kích
thích sinh đáp ứng miễn dịch ở gà mạnh hơn là ở một loài gần với loài bò như dê. Tuy
vậy cũng có một số ngoại lệ của qui luật này: một số đại phân tử như collagen và
cytochrome C có cấu trúc thay đổi theo tiến hoá nhưng lại có tính sinh miễn dịch yếu
giữa các loài với nhau. Trái lại, một số yếu tố của bản thân (như giác mạc, tinh dịch)
do chúng nằm ở những vị trí đặc ưu cách biệt với hệ thống miễn dịch do đó chúng bị

hệ thống miễn dịch coi là lạ đến nỗi khi đưa các mô này vào chính cơ thể của nó thì nó
cũng có tính sinh miễn dịch mạnh (nhận nhầm là lạ do chưa tiếp xúc bao giờ), tạo nên
hiện tượng tự miễn dịch.
Kích thước phân tử: Có một mối quan hệ giữa kích thước của các đại phân tử và
tính sinh miễn dịch của chúng. Các kháng nguyên có tính sinh miễn dịch tốt thường
phải có trọng lượng phân tử lớn hơn 100.000 dalton (Da). Nhìn chung những phân tử
có trọng lượng phân tử thấp hơn cỡ 500 đến 10.000 Da có tính sinh miễn dịch yếu.
Tuy nhiên trong một số trường hợp một số phân tử có trọng lượng phân tử thấp hơn
1.000 Da (ví dụ như glucagon) cũng có tính sinh miễn dịch.
Thành phần hoá học và tính không thuần nhất: Chỉ kích thước và tính lạ chưa
đủ để xác định tính sinh miễn dịch, mà cần phải có các tính chất khác. Ví dụ các
homopolymer tổng hợp (tức là những polymer gồm có chỉ một loại acid amine hoặc
oza) không có tính sinh miễn dịch dù cho kích thước của chúng có lớn như thế nào.
Việc tổng hợp các copolymer tạo thành từ các acid amine khác nhau đã làm sáng tỏ vai
trò của cấu trúc hoá học đối với tính sinh miễn dịch. Các copolymer có hai hay nhiều
loại acid amine và có kích thước đủ lớn thì có tính sinh miễn dịch cao. Nếu bổ sung
thêm các loại acid amine thơm như tyrosine hoặc phenylalanine thì tính sinh miễn dịch
của các polymer tổng hợp này tăng lên rõ rệt. Ví dụ một copolymer tổng hợp gồm acid
glutamic và lysine muốn có tính sinh miễn dịch thì cần phải có trọng lượng phân tử là
13
30.000 đến 40.000 Da. Nếu bổ sung tyrosine vào copolymer này thì trọng lượng phân
tử chỉ cần từ 10.000 đến 20.000 Da cũng đủ để có tính sinh miễn dịch. Nếu bổ sung cả
tyrosine và phenylalanine thì chỉ cần trọng lượng phân tử 4.000 Da là đã có tính sinh
miễn dịch. Cả 4 mức độ cấu trúc protein bậc 1, bậc 2, bậc 3 và bậc 4 đều có ảnh hưởng
đến tính phức tạp trong cấu trúc của một protein và vì vậy cũng ảnh hưởng đến tính
sinh miễn dịch
Khả năng phân cắt và được trình diện kháng nguyên: Sự hình thành đáp ứng
miễn dịch dịch thể và đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào đều đòi hỏi sự tương
tác của tế bào T với các quyết định kháng nguyên được xử lý và trình diện cùng phân
tử MHC trên bề mặt tế bào, nhờ vai trò của các tế bào trình diện kháng nguyên APC

(antigen presenting cells). Các APC bao gồm chủ yếu là đại thực bào (macrophage), tế
bào tua (dendritic cells). Với tế bào T
H
(Helper T cells) thì kháng nguyên phải được
trình diện cùng với các phân tử MHC lớp II trên bề mặt các tế bào trình diện kháng
nguyên, còn với tế bào T
C
(cytotoxic T cells) thì kháng nguyên phải được trình diện
cùng với các phân tử MHC lớp I trên bề mặt các tế bào của bản thân đã bị thay đổi. Vì
vậy, các đại phân tử nếu không được chế biến, xử lý để rồi có thể được trình diện cùng
các phân tử MHC thì có tính sinh miễn dịch thấp. Điều này có thể chứng minh với các
polymer tổng hợp của các acid amine D. Các acid amine dạng D là các chất đồng phân
lập thể của các amino acid dạng L. Các enzyme của đại thực bào chỉ có thể phân cắt
các protein chứa các amino acid dạng L mà không có tác dụng trên các đồng phân lập
thể của chúng là các amino acid dạng D. Vì vậy, các polymer của các amino acid dạng
D sẽ không được xử lý bởi đại thực bào do đó các amino acid dạng D có tính sinh
miễn dịch rất thấp.
Nhìn chung các phân tử không hoà tan có tính sinh miễn dịch lớn hơn các phân
tử nhỏ và hoà tan bởi vì chúng dễ bị các đại thực bào nuốt và xử lý. Tạo liên kết hoá
học chéo giữa các phân tử, gây ngưng tập bằng nhiệt và gắn vào các khuôn không hoà
tan là những cách thường được dùng để làm tăng tính không hoà tan của các đại phân
tử và do vậy tạo thuận lợi cho đại thực bào nuốt chúng và làm tăng tính sinh miễn dịch
của chúng.
14
2.1.2.2. Những tính chất của hệ thống sinh học ảnh hưởng đến tính
sinh miễn dịch
Ngay cả khi đã có đủ điều kiện để có tính sinh miễn dịch như tính lạ, kích thước
phân tử, tính phức tạp về cấu trúc, khả năng phâncắt thành “siêu kháng nguyên” của
đại phân tử thì tính sinh miễn dịch vẫn còn phụ thuộc vào các tính chất của hệ thống
sinh học mà kháng nguyên xâm nhập. Các tính chất này bao gồm kiểu hình di truyền

của vật chủ, liều lượng và đường vào của kháng nguyên, chất bổ trợ với kháng
nguyên, có hay không sử dụng các tá chất miễn dịch.
Kiểu hình của cơ thể vật chủ: Cấu trúc di truyền của cơ thể vật chủ có ảnh
hưởng lớn đến khả năng sinh đáp ứng miễn dịch cũng như cường độ của đáp ứng ấy.
Hugh McDevitt đã chứng minh rằng hai dòng chuột nhắt thuần chủng khác nhau hình
thành đáp ứng miễn dịch rất khác nhau với cùng một kháng nguyên polypeptide tổng
hợp. Sau khi tiếp xúc với kháng nguyên một dòng sinh ra kháng thể với nồng độ cao,
trong khi dòng kia sinh ra kháng thể với nồng độ thấp. Nếu cho lai chéo hai dòng với
nhau thì các con lai ở thế hệ F1 có đáp ứng với kháng nguyên này ở mức độ trung
bình. Bằng phương pháp phân tích lai chéo ngược người ta đã định vị được gene kiểm
soát tính đáp ứng miễn dịch ở một vùng nằm trong phức hợp gene hoà hợp mô chủ yếu
(phức hợp MHC). Nhiều thực nghiệm cũng đã chứng minh sự liên quan giữa việc
kiểm soát di truyền của tính sinh miễn dịch với các gene nằm trong phức hợp MHC.
Người ta đã chỉ ra rằng các protein là sản phẩm của các gen này (tức các phân tử
MHC) tham gia vào quá trình trình diện kháng nguyên cho tế bào T và đóng vai trò
trung tâm trong việc quyết định mức độ của đáp ứng miễn dịch với một kháng nguyên.
Đáp ứng của một túc chủ với một kháng nguyên còn phụ thuộc bởi các gen mã hoá các
thụ thể của tế bào B và tế bào T dành cho kháng nguyên và vào các gene mã hoá các
protein khác nhau tham gia vào các cơ chế đáp ứng miễn dịch. Sự thay đổi di truyền
của tất cả các gene này sẽ làm ảnh hưởng đến tính sinh miễn dịch của túc chủ đối với
một phân tử kháng nguyên biết trước.
Liều lượng kháng nguyên và đường vào của kháng nguyên: Đối với bất kỳ một
kháng nguyên thực nghiệm nào cũng cần phải có sự kết hợp giữa liều lượng tối ưu, lối
vào của kháng nguyên và qui trình gây mẫn cảm thì mới tạo nên được một đáp ứng
15
miễn dịch có cường độ cao nhất. Liều kháng nguyên thấp thì không thể tạo nên được
đáp ứng miễn dịch do chúng không đủ để hoạt hoá các tế bào lympho hoặc do chúng
gây ra một tình trạng không đáp ứng (dung nạp liều thấp). Ngược lại một liều quá lớn
kháng nguyên cũng không kích thích được đáp ứng miễn dịch vì chúng làm cho các tế
bào lympho rơi vào trạng thái không đáp ứng (dung nạp liều cao). Hiện tượng không

đáp ứng miễn dịch khi được tiếp xúc với liều kháng nguyên quá thấp hoặc quá cao còn
được gọi là dung nạp miễn dịch. Nếu đưa kháng nguyên vào cơ thể chỉ một lần thì
thường chỉ kích thích sinh ra được đáp ứng miễn dịch với cường độ thấp. Trái lại, nếu
đưa cùng một kháng nguyên vào một cơ thể nhưng lặp lại nhiều lần trong vòng thời
gian vài tuần thì lại gây được đáp ứng miễn dịch với cường độ cao. Khi đưa nhắc lại
kháng nguyên vào cơ thể như vậy sẽ có tác dụng kích thích làm cho các tế bào lympho
T và B đặc hiệu với kháng nguyên tăng sinh mạnh hơn thành các clone tế bào. Có thể
đưa các kháng nguyên thực nghiệm vào cơ thể túc chủ bằng các đường tiêu hoá,
đường tĩnh mạch, tiêm trong da, tiêm dưới da, tiêm bắp hoặc tiêm phúc mạc. Đường
vào của kháng nguyên sẽ quyết định cơ quan miễn dịch nào và quần thể tế bào nào sẽ
tiếp xúc với chúng để tham gia vào sự hình thành đáp ứng miễn dịch. Kháng nguyên
vào theo đường tĩnh mạch trước tiên sẽ được chuyển đến lách, kháng nguyên tiêm
dưới da sẽ về hạch lympho. Sự khác biệt của các quần thể lympho cư trú trong các cơ
quan này sẽ tạo nên sự khác nhau về chất lượng của đáp ứng miễn dịch.
Chất bổ trợ: Chất bổ trợ hay còn gọi là tá chất (adjuvant, bắt nguồn từ từ
adjuvare trong tiếng La tinh có nghĩa là hỗ trợ hoặc giúp đỡ) là những chất khi được
trộn với kháng nguyên và tiêm cùng với chúng sẽ làm tăng tính sinh miễn dịch của
kháng nguyên. Người ta thường sử dụng tá chất để làm tăng đáp ứng miễn dịch khi
kháng nguyên có tính sinh miễn dịch thấp hoặc khi chỉ có được một lượng nhỏ kháng
nguyên. Ví dụ đáp ứng tạo kháng thể ở chuột chống lại albumin huyết thanh bò sẽ tăng
lên 5 lần hoặc hơn nữa nếu trộn albumin huyết thanh bò với tá chất. Cho đến nay
chúng ta chưa biết rõ bằng cơ chế nào mà tá chất làm tăng đáp ứng miễn dịch. Có một
số cơ chế được giả thiết (Bảng 2. 1). Một số tá chất có tác dụng kéo dài sự tồn tại của
kháng nguyên trong cơ thể túc chủ gây miễn dịch. Ví dụ khi trộn kháng nguyên với
sulphat kali nhôm (còn gọi là alum) thì muối này sẽ gây tủa protein kháng nguyên. Khi
tiêm tủa này thì các kháng nguyên sẽ được giải phóng chậm hơn từ nơi tiêm vào cơ thể
16
túc chủ, vì vậy thời gian tiếp xúc với kháng nguyên chỉ là vài ngày nếu không có tá
chất sẽ tăng lên vài tuần nếu được trộn với tá chất. Sự tăng kích thước của tủa cũng
làm tăng hiệu quả của tá chất bởi vì các đại phân tử dễ được đại thực bào nuốt hơn.

Các tá chất nước trong dầu của Freund gồm có kháng nguyên trong dung dịch nước,
dầu khoáng và một chất nhũ hoá như monooleate manid, tá chất này đã phân tán dầu
thành các giọt nhỏ bao quanh kháng nguyên vì vậy kháng nguyên được giải phóng rất
chậm từ nơi tiêm vào cơ thể. Tá chất Freund hoàn chỉnh (Freund’s complete adjuvant)
có thêm Mycobarterium đã bị giết bằng nhiệt hoà trong nhũ tương nước trong dầu có
hiệu lực cao hơn loại tá chất Freund không hoàn chỉnh (Freund’s incomplete adjuvant)
bởi vì các thành phần muramyl dipeptide của vách tế bào Mycobarterium sẽ hoạt hoá
đại thực bào làm tăng hoạt động thực bào, tăng biểu lộ các phân tử MHC lớp II và các
phân tử B7 trên màng tế bào, đồng thời tăng tiết các cytokine như IL-1. Phân tử B7 và
các cytokine do đại thực bào tiết ra là đồng kích thích tố kích thích hoạt hoá các tế bào
T
H
. Cả hoạt động trình diện kháng nguyên và các tín hiệu đồng kích thích tế bào T
H
đều tăng lên khi có tá chất. Các tá chất khác như các polyribonucleotide tổng hợp và
các lipopolysaccharide vi khuẩn kích thích đáp ứng tăng sinh không đặc hiệu của tế
bào lympho vì vậy làm tăng cường khả năng chọn lựa clone tế bào lympho do kháng
nguyên kích thích. Một số tá chất kích thích phản ứng viêm tại chỗ và mạn tính do vậy
thu hút các tế bào làm nhiệm vụ thực bào và lympho đến nơi có kháng nguyên. Sự
thâm nhiễm các tế bào này tại nơi tiêm tá chất thường dẫn đến hình thành các u hạt. Cả
alum lẫn các tá chất Freund đều có thể gây nên các u hạt. Sự tăng số lượng đại thực
bào tại u hạt và các đại thực bào ở đây đều là đại thực bào hoạt hoá nên cũng làm tăng
quá trình hoạt hoá các tế bào T
H
.
Bảng 2.1. Cơ chế tác động theo suy luận của các tá chất thường dùng
Tá chất Cơ chế tác động (suy luận, chưa chắc chắn)
Kéo dài thời
gian có mặt
của kháng

nguyên
Tăng tín hiệu
đồng kích thích
Tạo u hạtKích thích không
đặc hiệu tế bào
lympho
Tá chất Freund không hoà chỉnh + + + -
17