Khảo sát tế bào bằng kẹp tóc nano ppt

Khảo sát tế bào
bằng kẹp tóc nano





Một mẫu dò có kích thước cỡ
nanometre được thiết kế như một
thành phần của màng tế bào đã
được đ
ưa thành công vào bên trong
và theo dõi các hoạt động của tế
bào. Các nhà nghiên cứu hy vọng
rằng thiết bị có lớp vỏ lipid này sẽ
cung cấp thêm nhiều thông tin về
những gì diễn ra bên trong tế bào.
Thiết bị phổ biến nhất dùng để đo
tín hiệu điện bên trong tế bào thần
kinh (neuron) và một số tế bào
khác hiện nay là một pipette thủy
tinh kích cỡ ở mức micrometre có
chứa một điện cực. Pipette này
được kẹp vào màng tế bào và ghi
tín hiệu điện. Tuy nhiên, theo lời
của Giáo sư hóa học Charles Liber
tại Đại học Harvard (Mỹ) thì kỹ
thuật này vẫn còn phải được chỉnh
sửa nhiều hơn nữa. Chiếc pipette
này tuy chỉ có vài micrometre

những vẫn còn quá “cồng kềnh” và
thường sẽ phá hủy những tế b
ào mà
người ta định đo điện thế.


Một mẫu dò nano đã đư
ợc sử dụng
để do điện tích bên trong tế bào
(Nguồn: Science/AAAS)

Giáo sư Liber và các c
ộng sự muốn
tạo ra một thiết bị mang linh kiện
bán dẫn (transistor) mà kích cỡ chỉ
ở mức nanometre thôi với hy vọng
là kích cỡ nhỏ như vậy sẽ không
gây ảnh hưởng đến tế bào. Giáo sư
Liber cho biết thêm rằng những
thiết bị dò tốt nhất hiện nay chỉ có
thể đo từ bề mặt ngoài của tế bào,
và cũng giống như các thiết bị dò
kim loại trên mặt đất, nó chỉ cho
những tín hiệu “mờ mờ ảo ảo” về
những gì đang diễn ra bên trong.
Nguyên nhân là do thiết bị bán dẫn
cần hai điểm tiếp xúc điện để đo
hiệu điện thế trong tế bào. Hai đi
ểm
này lại nằm gần nhau trên m

ột thiết
bị phẳng và lớn mà nếu nhét hết
vào trong một tế bào thì tế bào s
ẽ bị
vỡ.
Nhóm của Giáo sư Liber đã thành
công trong việc chế tạo một bán
dẫn siêu nhỏ bằng cách uốn con
một dây dẫn có kích cỡ vài
nanometre thành hình một cái kẹp
tóc. Đầu công tác của linh kiện bán
dẫn này là chỗ uốn con của sợi dây
dẫn và sẽ được đâm xuyên vào
trong tế bào. Hai đầu của dây dẫn
là hai điểm tiếp xúc điện sẽ nằm
bên ngoài mà không đi sâu vào tế
bào để giảm tác động lên tế bào.
Sợi dây dẫn vài nanometre này
đư
ợc tạo ra bằng cách tổng hợp dần
trên một cơ chất và do đó người ta
khó kiểm soát được hình dạng của
nó. Tuy nhiên, nhóm của Giáo sư
Liber đã khám phá ra rằng nếu
dừng rồi sau đó tái khởi động quá
trình tổng hợp này, ta có thể tạo ra
một điểm uốn 120
o
. Nhóm nghiên
cứu đã dừng và tái khởi động hai

lần liên tiếp để cho ra một hình k
ẹp
tóc nhọn như mong muốn.
Mẫu dò nano nhỏ nhất mà nhóm
nghiên cứu này tạo ra được có bề
ngang dưới 50 nanometre, nhỏ hơn
cả nhiều loại virus. Như Giáo sư
Liber nói “Đây chỉ là kích thước
của một bào quan bên trong tế
bào”. Một ưu điểm nữa là thiết bị
bán dẫn này có thể khuếch đại tín
hiệu đo được với độ nhạy cao,
trong khi thiết bị cũ dạng pipette th
ì
phải cần thiết bị phụ trợ để làm
tăng độ nhạy. Ưu điểm quan trọng
nhất là thiết bị nano này không cần
phải bị nhét vào trong tế bào. Các
nhà nghiên cứu bọc phần đầu thiết
bị bằng phospholipid, vốn là thành
phần chính của màng tế bào, lừa
cho tế bào “tưởng” rằng thiết bị n
ày
cũng là một phần của tế bào và lôi
nó sâu vào bên trong. Giáo sư Liber
nói rằng: “Chúng tôi thật sự đã làm
lu m
ờ sự khác biệt giữa thiết bị bán
dẫn và vật chất sinh học”. Nhóm
nghiên cứu đã ch

ứng minh hiệu quả
của thiết bị này bằng cách đưa nó
vào một tế bào tim phôi gà đang
nuôi cấy và ghi nhận được tín hiệu
điện 2,3 Hz, đúng với nhịp đập của
tim.
Giáo sư Vương Trung Lâm (Wang
Zhong-lin), người chuyên nghiên
cứu về công nghệ nano ứng dụng
trong sinh học ở Học viện công
nghệ Georgia (Mỹ), cho rằng việc
chế tạo thành công thiết bị nano
này là một thành công n
ổi bật. Giáo
sư Vương nói thêm rằng thành
công này cho phép chúng ta thu
thập được các thông tin hết sức căn
bản về các chuyển động ion gây ra
điện tích trong tế bào.
Tiến sĩ Mehmet Yanik, một chuy
ên
gia công ngh
ệ thần kinh ở Học viện
công nghệ Massachussetts (Mỹ),
tin việc ứng dụng đại trà công ngh
ệ
này có tính khả thi cao. Tiến sĩ
Yanik cho rằng nhóm nghiên cứu
của Giáo sư Liber nên thử nghiệm
thiết bị này trên neuron nuôi cấy từ

các mảnh mô cắt từ não. Đặc biệt l
à
nhóm nên nghiên cứu chế tạo một
chuỗi thiết bị có thể đo lường sự
phân bố thông tin trên một mạng
neuron. Tiến sĩ Yanik nói nếu
thành công thì “đó sẽ là một bước
đột phá trong khoa học thần kinh”
và còn nói thêm rằng nhóm này
cũng nên bắt đầu nghiên cứu các
thiết bị đo in vivo có khả năng theo
dõi hoạt động của neuron theo một
cách thức phi xâm nhập.
Trên thực tế thì Giáo sư Liber đã
bắt đầu hướng nghiên cứu của m
ình
vào neuron. Hướng đến các mục
tiêu tương lai, nhóm này sẽ hợp tác
với Giáo sư Robert Langer, một
chuyên gia kỹ thuật biến đổi mô tại
Học viện công nghệ
Massachussetts, để nuôi cấy mô
trong đó có tích hợp các dây dẫn
nano. Giáo sư Liber cho biết “Ý
tưởng về lâu dài là sẽ tạo ra mô
nhân tạo có nối dây, một khi cấy
vào cơ thể sẽ thực hiện được các
nhiệm vụ theo dõi, đo lường y học;
tuy vậy, chúng ta cần nhiều thời
gian để biến ước mơ kết hợp công

nghệ điện tử và công ngh
ệ sinh học
này thành hiện thực”.