Nghiên cứu và thử nghiệm hạt nano kim loại được chức năng hóa bề mặt trong chẩn đoán vi khuẩn lao

Header Page
1 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
    

Chử Lƣơng Luân

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM HẠT NANO
KIM LOẠI ĐƢỢC CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT
TRONG CHẨN ĐOÁN VI KHUẨN LAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2012

Khoa Sinh học

Footer Page 1 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
2 of

Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
    

Chử Lƣơng Luân

NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM HẠT NANO
KIM LOẠI ĐƢỢC CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT
TRONG CHẨN ĐOÁN VI KHUẨN LAO

Chuyên ngành : Sinh học Thực nghiệm
Mã số : 60.42.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS. TS. Phan Tuấn Nghĩa

Hà Nội - 2012

Khoa Sinh học

Footer Page 2 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
3 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân
LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi luôn nhận được rất
nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ dẫn tận tình.
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới
PGS.TS. Phan Tuấn Nghĩa, TS. Phạm Bảo Yên và TS. Nguyễn Thị Vân Anh đã tận
tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện
luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Sinh lý thực vật
và Hóa sinh, Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia
Hà Nội đã mang đến những kiến thức quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
Tôi cũng xin gửi lời cảm các cán bộ viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương, Khoa
Vi sinh – Viện Quân Y 103 đã cung cấp mẫu cho tôi trong quá trình nghiên cứu.
Qua đây, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các cán bộ và tập thể nhóm nghiên
cứu tại Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Enzym và Protein đã nhiệt tình
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn thạc sĩ.
Luận văn được thực hiện dưới sự tài trợ kinh phí của đề tài mã số
2/2010/HĐ-NCCBUD do GS.TSKH. Nguyễn Hoàng Lương làm chủ trì.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới gia đình, người thân

và bạn bè luôn động viên, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn !

Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2012
Học viên

Chử Lương Luân

Khoa Sinh học

Footer Page 3 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
4 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LAO ...........................................................…3
1.1.1. Đặc điểm của vi khuẩn lao ................................................................................3
1.1.2. Hệ gene vi khuẩn lao.........................................................................................4
1.1.3. Khả năng gây bệnh và tình hình bệnh lao .........................................................6

1.1.4. Các phƣơng pháp chẩn đoán vi khuẩn lao ........................................................8
1.2. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HẠT NANO KIM LOẠI .................. 11
1.2.1. Tính chất của hạt nano kim loại ......................................................................11
1.2.2. Một số loại hạt nano kim loại .........................................................................13
1.2.3. Ứng dụng của hạt nano kim loại trong y học ..................................................17
1.3. CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT HẠT NANO TỪ, GẮN KẾT VÀ LÀM
GIÀU TẾ BÀO VI KHUẨN LAO…………………...……..…………………...17
1.3.1. Chức năng hóa bề mặt hạt nano từ ..................................................................17
1.3.2. Quá trình gắn kết hạt nano từ với kháng thể kháng lao ..................................19
1.3.3. Làm giàu tế bào vi khuẩn lao bằng từ trƣờng .................................................21
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP .......................................... 22
2.1. NGUYÊN LIỆU................................................................................................ 22
2.1.1. Mẫu đờm lao và vaccine BCG ........................................................................22
2.1.2. Hạt nano kim loại có từ tính ............................................................................23
2.1.3. Mồi đặc hiệu ....................................................................................................23
2.1.4. Các loại đệm ...................................................................................................23
2.1.5. Các hóa chất và nguyên liệu khác ...................................................................24
2.1.6. Máy móc và thiết bị.........................................................................................24

Khoa Sinh học

Footer Page 4 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
5 of
Luận
văn16.

Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

2.2. PHƢƠNG PHÁP .............................................................................................. 24
2.2.1. Phƣơng pháp chấm kết tủa miễn dịch .............................................................24
2.2.2. Phƣơng pháp gắn kết hạt nano từ đã đƣợc chức năng hóa bề mặt với kháng
thể kháng vi khuẩn lao ..............................................................................................26
2.2.3. Phƣơng pháp làm giàu vi khuẩn lao để làm khuôn cho phản ứng PCR…..…27
2.2.4. Phƣơng pháp ly giải tế bào vi khuẩn lao thu ADN…………….……………27
2.2.5. Đánh giá độ bền của phức hệ hạt từ gắn kháng thể kháng lao………………28
2.2.6. Nhân bản đoạn gen đích đặc hiệu bằng PCR ..................................................29
2.2.7. Điện di trên gel agarose...................................................................................31
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 32
3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN GẮN KHÁNG THỂ LÊN
BỀ MẶT HẠT NANO TỪ TRÊN BCG ................................................................32
3.1.1. Kiểm tra sự có mặt của kháng thể kháng lao ..................................................32
3.1.2. Kiểm tra hiệu suất phản ứng gắn kết trong các đệm khác nhau……….……34
3.1.3. Kết quả ly giải tế bào vi khuẩn lao bằng các phƣơng pháp khác nhau ...........38
3.1.4. Tối ƣu hóa nồng độ BCG sử dụng ..................................................................41
3.1.5. Tối ƣu hóa thời gian phản ứng gắn kết ...........................................................42
3.1.6. Độ đặc hiệu của phƣơng pháp .........................................................................43
3.2. THỬ NGHIỆM CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƢU LÊN MẪU BỆNH PHẨM ....45
3.3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CỦA PHỨC HỆ HẠT NANO TỪ GẮN KHÁNG
THỂ KHÁNG LAO.................................................................................................49
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 54

Khoa Sinh học

Footer Page 5 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
6 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
ADN

Acid deoxyribonucleic

AFB

Acid Fast Bacilli

AP

Đệm gồm 100 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl, 5 mM MgCl2, pH
9,5

APTS

3 – aminopropyl triethoxysilane

BCG

Bacillus Calmette Guerin

bp

Cặp bazơ (base pair)

BSA

Albumin huyết thanh bò (Bovine Serum Albumin)

dNTP

Deoxyribonucleoside triphosphate

ĐC

Đối chứng

EDC

1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride

EDTA

Ethylene Diamine Tetraacetic Acid

IS

Trình tự đoạn chèn vào (Insert Sequence)

kb

Kilobase

MES

2 - (N-morpholino) ethanesulfonic acid

MTB

Mycobacterium tuberculosis

NP-NH2

Hạt nano từ có gắn nhóm amine

NHS

N-hydroxysuccinimide

PCR

Phản ứng chuỗi polymerase (Polymerase Chain Reaction)

PBS

Muối chứa đệm phosphate (Phosphate Buffered Saline)

PBS-TBN

Đệm PBS pH 7,4 bổ sung 0,01% Tween20; 0,1% BSA và 0,05
M NaN3

TB

Lao (Tuberculosis)

TAE

Tris base – Acid acetic - EDTA

TE

Tris-HCl – EDTA

TET

Tris-HCl – EDTA – Triton X-100

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)

Khoa Sinh học

Footer Page 6 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
7 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

DANH MỤC CÁC BẢNG

Tên bảng

Số trang

Bảng 2.1. Trình tự các mồi dùng trong phản ứng PCR

23

Bảng 2.2. Các thành phần trong phản ứng PCR với vaccine BCG

30

Bảng 2.3. Các thành phần trong phản ứng PCR với mẫu đờm lao

30

Bảng 2.4. Chu trình nhiệt của phản ứng PCR

31

Bảng 3.1. Kết quả phân tích độ sáng của vết đốm tròn trên màng lai

33

Bảng 3.2. Thành phần và tỷ lệ các chất tham gia gắn kết

35

Bảng 3.3. Đánh giá mức độ gắn kết qua phần mềm Image J

38

Khoa Sinh học

Footer Page 7 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
8 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
trang

Tên hình
Hình 1.1. Vi khuẩn lao trong tiêu bản nhuộm Ziehl – Neelsen [35]
Hình 1.2. Hệ gene của chủng MTB H37Rv [16]
Hình 1.3. Một cấu trúc tinh thể từ các phân tử nano vàng [36]
Hình 1.4. Hình ảnh hiển vi điện tử của hạt nano từ Fe3O4 [37]
Hình 1.5. Hạt nano từ tính Fe3O4 đƣợc chức năng hóa bề mặt bằng nhóm
amine sử dụng APTS [34]
Hình 1.6. Quy trình gắn kết hạt nano đƣợc chức năng hóa với kháng thể
[20]
Hình 1.7. Nguyên tắc chọn lọc và làm giàu tế bào bằng từ trƣờng [6]
Hình 2.1. Vaccine BCG sản xuất tại Việt Nam
Hình 2.2. Mô hình hóa phức hệ hạt nano từ đã đƣợc chức năng hóa bề mặt
với kháng thể kháng vi khuẩn lao
Hình 3.1. Kết quả kiểm tra sự có mặt của kháng thể kháng lao
Hình 3.2. Quy trình đánh giá mức độ phức hệ kháng thể gắn hạt
Hình 3.3. Kết quả đánh giá mức độ phức hệ kháng thể gắn hạt
Hình 3.4. Kết quả ly giải tế bào vi khuẩn lao bằng các phƣơng pháp khác
nhau
Hình 3.5. Kết quả thử nghiệm nồng độ BCG sử dụng
Hình 3.6. Tối ƣu hóa thời gian phản ứng gắn kết giữa hạt nano – EDC kháng thể kháng lao
Hình 3.7. Kết quả thí nghiệm kiểm tra tính đặc hiệu
Hình 3.8. Quy trình ứng dụng các điều kiện tối ƣu trên mẫu đờm lao
Hình 3.9. Kết quả thử nghiệm các điều kiện tối ƣu trên 7 mẫu bệnh lao
Hình 3.10. Kết quả thử nghiệm các điều kiện tối ƣu trên 5 mẫu bệnh lao
Hình 3.11. Tối ƣu hóa thời gian ủ mẫu đờm lao
Hình 3.12. Quy trình đánh giá độ bền vững của phức hạt nano từ gắn

kháng thể
Hình 3.13. Kết quả đánh giá độ bền vững của phức hạt nano từ gắn kháng
thể với mẫu vaccine BCG
Hình 3.14. Thử nghiệm độ bền vững của phức hạt nano từ gắn kháng thể
với mẫu đờm lao

Khoa Sinh học

Footer Page 8 of 16.

3
5
14
16
19
20
21
22
26
33
36
37
39
41
42
44
45
46
47
48

49
50
51

Khóa 2010 - 2012


Header Page
9 of
Luận
văn16.
Thạc sĩ Khoa học

Chử Lương Luân

MỞ ĐẦU
Bệnh lao là một trong ba bệnh truyền nhiễm gây tử vong cao nhất thế giới,
bệnh đƣợc gây ra bởi vi khuẩn lao có tên khoa học là Mycobacterium tuberculosis
(MTB). Tổ chức Y tế thế giới (WHO) ƣớc tính khoảng 1/3 dân số toàn cầu hiện nay
đã bị nhiễm MTB và có khoảng 1,7 triệu ngƣời tử vong do lao hàng năm, tức là
khoảng 4700 ngƣời tử vong mỗi ngày vì lao. Mặc dù công tác tiêm chủng vaccine
BCG, phòng chống và phát triển thuốc chống lại vi khuẩn lao đã có những bƣớc
tiến đáng kể nhƣng cho đến nay bệnh lao vẫn là một vấn đề sức khỏe có tính thách
thức đối với toàn cầu. Bệnh nhân bị nhiễm các chủng vi khuẩn lao nếu phát hiện
muộn sẽ rất khó điều trị và tăng nguy cơ lây truyền sang ngƣời lành. Do đó việc
chẩn đoán sớm các chủng vi khuẩn lao sẽ góp phần đáng kể trong điều trị bệnh lao
[1, 33].
Để chẩn đoán vi khuẩn lao, hiện nay bệnh viện và các cơ sở y tế trong nƣớc
vẫn phải dựa vào các phƣơng pháp cổ điển nhƣ soi trực tiếp, nuôi cấy vi khuẩn…,
yêu cầu số lƣợng vi khuẩn lao lớn hoặc thời gian chẩn đoán lao cần ít nhất 4 – 6

tuần. Với những nhƣợc điểm nhƣ vậy sẽ khó khăn cho công tác điều trị, khó đáp
ứng yêu cầu giám sát và thanh toán bệnh lao [2, 3].
Khắc phục những nhƣợc điểm đó, việc ứng dụng sinh học phân tử kết hợp
công nghệ nano đang tạo ra những đột phá trong chẩn đoán vi khuẩn lao cũng nhƣ
các chủng vi khuẩn khác. Thời gian chẩn đoán có thể rút ngắn xuống còn vài ngày,
với độ nhạy và độ đặc hiệu cao, tạo điều kiện cho việc kiểm soát bệnh lao dễ dàng
hơn [23, 25].
Công nghệ nano ngày nay đang có những bƣớc tiến quan trọng trong chẩn
đoán và hỗ trợ điều trị bệnh nhằm mục đích cải thiện và nâng cao sức khỏe của con
ngƣời. Trong số đó, các hạt nano kim loại đặc biệt là hạt nano kim loại có từ tính
đƣợc chức năng hóa bề mặt đã và đang đƣợc nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong

Khoa Sinh học

Footer Page 9 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
10văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

những năm gần đây, ví dụ nhƣ phân tách tế bào, tách chiết acid nucleic (ADN,
ARN), gắn kết với kháng thể…[5, 27].
Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi tiến hành “Nghiên cứu và thử nghiệm

hạt nano kim loại đƣợc chức năng hóa bề mặt trong chẩn đoán vi khuẩn lao”
với các mục tiêu sau :
Xây dựng quy trình gắn kết hạt nano kim loại có từ tính đã đƣợc chức năng
hóa bề mặt với kháng thể kháng vi khuẩn lao và đánh giá khả năng làm giàu MTB
bằng hạt nano kim loại có từ tính đã đƣợc chức năng hóa bề mặt gắn anti-TB để
phát hiện MTB bằng kỹ thuật PCR.

Khoa Sinh học

Footer Page 10 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
11văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1.

TỔNG QUAN VỀ VI KHUẨN LAO
Vi khuẩn lao do Robert Koch tìm ra năm 1882, vì vậy còn đƣợc gọi là
Bacilie de Koch (viết tắt là BK). Đã hơn một thế kỷ kể từ khi phát hiện ra vi khuẩn
lao, nhờ việc áp dụng các kỹ thuật hiện đại trong hóa sinh, miễn dịch, sinh học phân

tử…cùng với kính hiển vi điện tử, ngƣời ta đã hiểu tƣơng đối rõ về cấu trúc, đặc
điểm sinh học và khả năng gây bệnh của vi khuẩn lao. Tuy nhiên, vi khuẩn lao vẫn
là đối tƣợng nghiên cứu của nhiều công trình khoa học vì sự tinh vi trong siêu cấu
trúc, tính chất phức tạp của các kháng nguyên, sự đa dạng trong hình thức tồn tại,
nhất là những đột biến gen khi vi khuẩn kháng thuốc [2, 3].

1.1.1. Đặc điểm của vi khuẩn lao
Tác nhân gây bệnh lao là Mycobacterium tuberculosis (MTB), tế bào MTB
dài 3-5µm, rộng 0,3-0,5µm, không có lông, hai đầu tròn, thân có hạt, tế bào đứng
riêng rẽ hoặc xếp thành hình chữ N, Y, V hoặc thành dãy phân nhánh nhƣ cành cây
trên tiêu bản nhuộm Ziehl – Neelsen, không bị cồn và acid làm mất màu đỏ của
fucsin.

MTB

Hình 1.1. Vi khuẩn lao trong tiêu bản nhuộm Ziehl – Neelsen [35]
MTB là vi khuẩn hiếu khí, phân chia mỗi lần từ 16 đến 20 giờ, rất chậm so
với thời gian phân chia tính bằng phút của các vi khuẩn khác (trong số các vi khuẩn
phân chia nhanh nhất là một chủng E. coli, có thể phân chia mỗi 20 phút). MTB

Khoa Sinh học

Footer Page 11 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
12văn
of Thạc

16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

không đƣợc phân loại Gram dƣơng hay Gram âm vì chúng không có đặc tính hoá
học này, mặc dù thành tế bào có chứa peptidoglycan. Trên mẫu nhuộm Gram, tế
bào vi khuẩn cho kết quả nhuộm rất yếu hoặc là không biểu hiện gì cả.
MTB có thể chịu đựng đƣợc chất sát khuẩn yếu và sống sót trong trạng thái
khô trong nhiều tuần nhƣng trong điều kiện tự nhiên, chỉ có thể phát triển trong sinh
vật ký chủ (cấy MTB in vitro cần thời gian dài để có kết quả, nhƣng ngày nay là
công việc bình thƣờng ở phòng xét nghiệm) [2, 3].
Hiện nay xu hƣớng phân loại vi khuẩn lao dựa vào trình tự ADN của chúng
đã đƣợc áp dụng. Ngƣời ta nhận thấy đoạn IS6110 với 1361 cặp base chỉ có ở bốn
loại mycobacteria là M. tuberculosis , M. bovis, M. africanum và M. microti (gọi
chung là M. tuberculosis complex) mà không có ở các mycobacteria khác [17, 31].
1.1.2. Hệ gene vi khuẩn lao
Từ năm 1998, nhờ Cole và cộng sự [16], toàn bộ trình tự của chủng MTB
H37Rv đã đƣợc giải mã và phân tích, cung cấp những kiến thức sinh học về loài vi
khuẩn sinh sản chậm này, mở ra những khái niệm mới trong can thiệp phòng và
điều trị bệnh.
Toàn bộ hệ gene gồm 4411529 bp chứa khoảng 4000 gene, với tỷ lệ GC cao
khoảng 65%. Điểm khác cơ bản trong hệ gene giữa MTB với những vi sinh vật
khác là phần lớn các gene mã hoá những enzyme có liên quan đến việc tổng hợp và
phân giải lipid, có 2 họ protein mới (PE và PPE) giàu glycine với cấu trúc lặp lại.
MTB thƣờng kháng ngẫu nhiên với nhiều thuốc làm cho việc điều trị lao trở
nên khó khăn. Sự kháng thuốc này chủ yếu là do vách tế bào kỵ nƣớc tác dụng nhƣ
là rào cản thấm, tuy vậy nhiều yếu tố quyết định sự kháng thuốc đƣợc mã hóa trong
hệ gene vi khuẩn nhƣ là enzyme thủy phân, enzyme biến đổi tác dụng của thuốc
nhƣ β-lactamase, aminoglycoside acetyl transferase…và nhiều hệ thống vận chuyển

thuốc ra ngoài khác.

Khoa Sinh học

Footer Page 12 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
13văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

Hình 1.2. Hệ gene của chủng MTB H37Rv [16]
Vòng tròn ngoài cùng biểu hiện thang cho MTB, 0 – nơi bắt đầu sao chép. Vòng
tròn đầu tiên tính từ ngoài vào cho thấy vị trí gene ARN ổn định, trình tự DR đại diện bằng
hình khối hồng. Vòng tròn thứ 2 bên trong chỉ trình tự mã hoá (theo chiều kim đồng hồ xanh lá đậm, ngược chiều kim đồng hồ - xanh lá nhạt). Vòng tròn thứ 3 minh họa trình tự
ADN lặp (trình tự chèn – cam, họ 13E12 REP – hồng đậm, prophage – xanh dương), vòng
tròn thứ 4 chỉ vị trí họ PPE (xanh lá), vòng tròn thứ 5 chỉ họ PE (tím, ngoại trừ PGRS), và
vòng tròn thứ 6 chỉ vị trí trình tự PGRS (đỏ sậm). Biểu đồ tròn khu vực trung tâm biểu hiện
lượng GC, màu vàng chỉ ít hơn 65% GC, khu vực màu đỏ là GC cao hơn 65% [16].

Các nghiên cứu cho thấy nhóm MTB có hệ gene bảo tồn cao. Các thành viên
trong họ MTB có tính đa dạng cao khi xét về kiểu hình hoặc kiểu kí chủ, đây là ví
dụ điển hình cho tính ổn định di truyền giữa các chủng, với tốc độ đột biến vô nghĩa
làm nên điểm đa hình ƣớc tính khoảng 0,01% - 0,03%, nhất là không có bằng chứng

nào cho thấy có sự di truyền ngang vật chất di truyền trong cùng thế hệ giữa các vi
khuẩn lao nhƣ các vi khuẩn khác [16].

Khoa Sinh học

Footer Page 13 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
14văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

1.1.3. Khả năng gây bệnh và tình hình bệnh lao
Về mặt dịch tễ học, tất cả những bệnh nhân lao đều có thể là nguồn lây,
nhƣng mức độ lây rất khác nhau. Đối với các thể lao ngoài phổi (lao màng não,
màng bụng, hạch, xƣơng khớp…) đƣợc gọi là những thể lao “kín”, nghĩa là vi
khuẩn ít khả năng nhiễm vào môi trƣờng bên ngoài. Lao phổi là thể lao dễ đƣa vi
khuẩn ra môi trƣờng bên ngoài. Bệnh nhân lao phổi khác nhau thì khả năng lây
bệnh cho ngƣời khác cũng khác nhau, tùy thuộc vào: số lƣợng vi sinh vật thoát ra
ngoài môi trƣờng, mật độ vi sinh vật trong không khí, thời gian vật chủ phơi nhiễm
không khí đã bị ô nhiễm, tình trạng miễn dịch của từng cá thể. Bệnh nhân nhiễm
HIV và những bệnh nhân rối loạn miễn dịch qua trung gian tế bào thì bệnh càng
trầm trọng khi bị nhiễm MTB. Tuy vậy khả năng lan truyền bệnh của những bệnh
nhân này không cao [2, 3].

MTB tồn tại trong các hạt khí dung nhỏ lơ lửng ngoài không khí. Khi đƣợc
hít vào, vi khuẩn sẽ đi vào phổi, đến phế nang. Tại đây, vi khuẩn sẽ nhân lên hoặc bị
ức chế tuỳ thuộc vào tình trạng hệ thống miễn dịch của cơ thể. Trong vòng 2-10
tuần, các đại thực bào đƣợc hoạt hoá, bao quanh vi khuẩn tạo nên lớp vỏ cứng giúp
kìm hãm và kiểm soát vi khuẩn (giai đoạn lao nhiễm). Nếu hệ thống miễn dịch của
cơ thể không thể kiểm soát đƣợc vi khuẩn, vi khuẩn sẽ nhân lên nhanh chóng và có
thể theo đƣờng máu và đƣờng bạch huyết tấn công vào các bộ phận khác nhau nhƣ
phổi, thận, não, xƣơng (giai đoạn lao bệnh) [2, 3].
MTB có cơ chế đặc biệt để tấn công vào tế bào. MTB có thể gắn trực tiếp
vào thụ thể mannose trên đại thực bào nhờ glycolipid đã đƣợc mannose hoá trên
vách, hoặc nhờ lipoarabinomannan, hay gắn gián tiếp nhờ thụ thể bổ thể, thụ thể Fc.
Thông thƣờng khi vật lạ bị đại thực bào bắt giữ sẽ bị cơ chế thực bào qua trung gian
chất oxy hoá tiêu diệt. MTB biến đổi cơ chế gây độc này, ngăn cản sự kết hợp
phagosome với lysosome. Vách MTB có loại acid mycolic là lipid chuyên biệt
nhánh alpha, những phân tử kị nƣớc mạnh, hình thành lớp vỏ lipid bao quanh vi
sinh vật, ảnh hƣởng đến khả năng thấm vật chất qua bề mặt tế bào. Cho đến nay
ngƣời ta cho rằng acid mycolic là nhân tố chính quyết định độc tính của MTB, có

Khoa Sinh học

Footer Page 14 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
15văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

thể nhờ đó mà MTB tránh đƣợc các protein tích điện dƣơng, lysozyme và các gốc tự
do trong các hốc thực bào, giúp MTB ngoại bào thoát khỏi sự tấn công của các bổ
thể trong huyết thanh. Một trong những sản phẩm liên kết acid mycolic với các chất
lipid phức tạp là cord factor - yếu tố gây độc đối với tế bào động vật có vú. Chủng
MTB độc tính sinh ra rất nhiều nhân tố cord factor. Những lợi điểm giúp MTB gây
bệnh rất phức tạp và chƣa đƣợc hiểu đầy đủ. Chính vì vậy, hiện nay tình hình bệnh
lao trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đang trở nên nghiêm trọng và có những diễn
biến phức tạp [2, 13].
Theo WHO ƣớc tính trên thế giới có khoảng 1,7 triệu ngƣời tử vong do lao
hàng năm, trong đó có khoảng 380.000 phụ nữ, tức là khoảng 4700 ngƣời tử vong
mỗi ngày vì lao. Tỷ lệ tử vong do lao giảm đi khoảng 35% từ năm 1990 cho đến
nay. Bệnh lao đƣợc tính là một trong 3 nguyên nhân gây tử vong nhiều nhất cho phụ
nữ tuổi 15-44. Về số ngƣời mới mắc hàng năm ƣớc tính khoảng 9,4 triệu, trong đó
3,3 triệu phụ nữ, 1,1 triệu ngƣời có HIV dƣơng tính. Từ năm 2004, tỷ lệ mắc mới
hàng năm đã giảm đi nhƣng tốc độ giảm quá chậm. Thêm nữa, lao đa kháng thuốc
đang là một thách thức rất lớn đối với nhân loại, ƣớc tính khoảng 0,5 triệu bệnh
nhân mắc lao đa kháng thuốc với tỷ lệ 3,3% trong số bệnh nhân lao mới mắc. Theo
điều tra lớn nhất của WHO năm 2010, tỷ lệ lao đa kháng thuốc cao nhất ở một số
khu vực thuộc Liên Xô cũ, tới 28% số bệnh nhân lao mới và nguy hiểm hơn là bệnh
lao siêu kháng đã xuất hiện trên 58 quốc gia, trong đó có Việt Nam. Nhiều quốc gia
đã triển khai kế hoạch quản lý lao đa kháng, tuy nhiên xét trên bình diện thế giới thì
còn ở mức độ rất thấp, còn cách xa yêu cầu kiểm soát bệnh lao [1, 33].
Nhƣ vậy có thể nói rằng, đã qua 130 năm sau khi Robert Kock tìm ra vi
khuẩn lao, bệnh lao mới chỉ khống chế đƣợc một phần về số ngƣời mắc nhƣng lại
nguy hiểm hơn vì đã xuất hiện bệnh lao đa kháng và siêu kháng đang lan rộng trên
quy mô lớn. Cần phải có phƣơng pháp giải quyết mới trƣớc khi quá muộn.
Theo báo cáo của WHO, năm 2011 Việt Nam xếp thứ 12 trong 22 nƣớc có số

lƣợng bệnh nhân lao cao nhất thế giới và thứ 14 trong 27 nƣớc có tình hình lao đa

Khoa Sinh học

Footer Page 15 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
16văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

kháng và siêu kháng cao. Hàng năm ƣớc tính có thêm 180.000 bệnh nhân lao, trong
đó có khoảng 6000 bệnh nhân lao đa kháng và khoảng 7400 bệnh nhân lao/HIV.
Tuy nhiên chúng ta mới chỉ phát hiện đƣợc khoảng 60% số bệnh nhân ƣớc tính tức
là trên dƣới 100.000 bệnh nhân mỗi năm [1, 33].
Điều này cho thấy tăng cƣờng phát hiện tất cả các thể bệnh lao, chẩn đoán vi
khuẩn lao là một ƣu tiên hàng đầu trong công tác chống lao ở Việt Nam hiện nay.
1.1.4. Các phƣơng pháp chẩn đoán vi khuẩn lao
Phát hiện đƣợc vi khuẩn lao là tiêu chuẩn quyết định để chẩn đoán bệnh lao.
Chẩn đoán vi khuẩn lao đã đƣợc tiến hành từ lâu và gần đây có nhiều kỹ thuật hiện
đại đƣợc áp dụng
1.1.4.1.

Các phƣơng pháp cổ điển

Kỹ thuật nhuộm soi kính
Bệnh phẩm thƣờng là đờm, điều quan trọng là phải hƣớng dẫn bệnh nhân lấy
đờm đúng để xét nghiệm. Số mẫu đờm cần thiết thử cho một bệnh nhân nghi lao là
3 mẫu: một mẫu lấy tại chỗ khi bệnh nhân đến khám; một mẫu lấy vào buổi sáng
sau khi ngủ dậy (toàn bộ đờm lao ho khạc trong vòng 2 giờ); mẫu thứ ba lấy tại chỗ
khi bệnh nhân mang mẫu đờm buổi sáng đến khám. Khi trong bệnh phẩm ít vi
khuẩn (thƣờng là dịch màng phổi, màng bụng…) cần tiến hành ly tâm rồi lấy phần
cặn lắng đọng nhuộm thì khả năng tìm thấy vi khuẩn nhiều hơn.
Kỹ thuật Ziehl-Neelsen là kỹ thuật cổ điển sử dụng để phát hiện vi khuẩn
lao. Đánh giá kết quả đang đƣợc sử dụng ở nƣớc ta nhƣ sau:
-

Khi không có AFB (Acid Fast Bacilli) trên 100 vi trƣờng : kết quả âm tính.

-

Khi có từ 1 đến 9 AFB trên 100 vi trƣờng: dƣơng tính (ghi cụ thể số vi khuẩn).

-

Khi có từ 10 đến 99 AFB trên 100 vi trƣờng : dƣơng tính (1+).

-

Khi có từ 1 đến 10 AFB trên 1 vi trƣờng : dƣơng tính (2+).

-

Khi có trên 10 AFB trên 1 vi trƣờng : dƣơng tính (3+).

Khoa Sinh học

Footer Page 16 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
17văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

Phƣơng pháp soi kính có ƣu điểm là cho kết quả nhanh, chẩn đoán chính xác
bệnh lao và khả năng lây truyền của bệnh nhân cho những ngƣời xung quanh, kỹ
thuật và phƣơng tiện đơn giản có thể tiến hành đƣợc ở tuyến quận, huyện. Nhƣng có
nhƣợc điểm là trong 1 ml đờm phải có từ khoảng 5000 vi khuẩn trở lên mới cho kết
quả dƣơng tính. Phƣơng pháp soi kính chỉ biết đƣợc hình thể của vi khuẩn, không
biết đƣợc vi khuẩn còn sống hay đã chết. Phƣơng pháp này cũng không cho phép
phân biệt đƣợc các chủng vi khuẩn lao [3, 18, 19].
Phƣơng pháp nuôi cấy
Môi trƣờng dùng nuôi cấy vi khuẩn lao là môi trƣờng Loeweinstein – Jensen.
Sau 1 – 2 tháng vi khuẩn lao phát triển thành khuẩn lạc hình súp lơ, màu trắng ngà.
Ƣu điểm của phƣơng pháp nuôi cấy là cho kết quả chính xác, có thể tiến hành các
phản ứng sinh học để phân loại vi khuẩn lao và làm đƣợc kháng sinh đồ giúp chọn
thuốc lao thích hợp điều trị bệnh nhân, nhất là trong những trƣờng hợp bệnh lao có
vi khuẩn kháng thuốc. Phƣơng pháp nuôi cấy đòi hỏi phƣơng tiện và kỹ thuật hiện

đại. Hiện nay ở nƣớc ta, ngoài các tuyến y tế chuyên khoa ở trung ƣơng, kỹ thuật
này cũng đƣợc tiến hành ở một số bệnh viện chuyên khoa (tỉnh, thành phố). Ngày
nay ngƣời ta đã áp dụng kỹ thuật nuôi cấy cho kết quả nhanh từ 5 - 7 ngày, phục vụ
kịp thời cho điều trị bệnh nhân [3, 18, 19].
Phƣơng pháp chụp X Quang
Chẩn đoán lao phổi bằng chụp X quang phổi thƣờng chi phí tốn kém. Tuy có
độ nhạy cao nhƣng độ đặc hiệu thấp. Có nhiều loại bệnh khác có thể có biểu hiện
hình ảnh tổn thƣơng trên phim chụp phổi giống bệnh lao, thêm nữa nhiều khi bệnh
lao phổi dù đã đƣợc điều trị khỏi vẫn để lại di chứng ở phổi suốt đời. Do vậy dùng
X quang rộng rãi để chẩn đoán lao phổi dễ bị nhầm và lãng phí. Thực tế thƣờng vận
dụng chẩn đoán lao phổi trong một số trƣờng hợp: lao phổi AFB (-), ở bệnh nhân
chỉ có một mẫu xét nghiệm đờm (+), và một số trƣờng hợp đặc biệt khác nhƣ các
loại tổn thƣơng có tính chất tƣơng đối đặc thù hay gặp trong lao: vị trí hay gặp ở
vùng đỉnh và hạ đòn, tổn thƣơng thƣờng đa dạng, phối hợp nhiều loại và tiến triển
chậm [3, 19].

Khoa Sinh học

Footer Page 17 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
18văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận
1.1.4.2.

Chử Lương Luân

Một số kỹ thuật hiện đại chẩn đoán vi khuẩn lao

Sử dụng hệ Bactec
Ngƣời ta gắn Carbon phóng xạ vào acid palmitric và acid formic trong môi
trƣờng nuôi cấy vi khuẩn lao. Khi vi khuẩn chuyển hóa sẽ lấy các acid béo này và
giải phóng ra CO2 (có carbon phóng xạ) đƣợc đo bằng máy Bactec 960. Kỹ thuật đo
phóng xạ (hệ thống BACTEC) có thể phát hiện nhanh vi khuẩn. Tuy nhiên giá cả
khá đắt đỏ, không phù hợp với nguồn lực có hạn của nhiều quốc gia [3, 12].
Kỹ thuật MGIT (Mycobacterium Growth Indicator Tube)
Kỹ thuật ống chỉ thị sự sinh trƣởng của vi khuẩn lao là phƣơng pháp sử dụng
biện pháp đặc biệt để kích thích vi khuẩn lao sinh sản nhanh. Vi khuẩn lao phát
triển sẽ sử dụng oxy và thải CO2. Bằng bộ phận nhạy cảm có phát quang có thể
nhận biết đƣợc CO2. Kết quả đƣợc đọc bằng chiếu tia tử ngoại, MGIT dƣơng tính sẽ
phát quang vàng, da cam. Kết quả dƣơng tính sau 6 ngày, nếu thử kháng sinh đồ thì
dƣơng tính sau 7 ngày. Phƣơng pháp này tốt với nhóm nguy cơ nhiễm HIV và là
phƣơng pháp đƣợc WHO khuyến cáo sử dụng [3, 7, 19].
Phản ứng chuỗi polymerase (Polymerase chain reaction - PCR)
Kỹ thuật PCR cho phép xác định tác nhân gây bệnh trực tiếp trong bệnh
phẩm nhờ khả năng nhận biết và sao chép để khuyếch đại về mặt số lƣợng đoạn
trình tự đặc hiệu trên genome của vi khuẩn. Đối với MTB, kỹ thuật PCR phát hiện
trình tự 249 bp nằm trên đoạn IS6110, là trình tự gắn đặc hiệu và có khả năng tự sao
chép với số lƣợng lớn trong genome vi khuẩn thuộc nhóm MTB (M. tuberculosis,
M. microti, M. bovis và M. africanum).
Kỹ thuật này có ƣu điểm là cho kết quả nhanh (từ 24 đến 48 giờ), cho kết quả
dƣơng tính cả khi có ít vi khuẩn (dƣới 10 vi khuẩn trong đờm vẫn phát hiện đƣợc)
và còn cho biết vi khuẩn có kháng thuốc lao hay không, vì khi kháng thuốc sẽ có
đột biến trong gen làm thay đổi cấu trúc ADN [3, 18, 19, 31].

Khoa Sinh học

Footer Page 18 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
19văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận
1.2.

Chử Lương Luân

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HẠT NANO KIM LOẠI
Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thƣớc nano đƣợc

tạo thành từ các kim loại. Ngƣời ta biết rằng hạt nano kim loại chế tạo từ vàng, bạc
đƣợc sử dụng từ hàng nghìn năm nay. Nổi tiếng nhất có thể là chiếc cốc Lycurgus
đƣợc ngƣời La Mã chế tạo vào khoảng thế kỉ thứ tƣ trƣớc công nguyên và hiện nay
đƣợc trƣng bày ở Bảo tàng Anh. Chiếc cốc đó đổi màu tùy thuộc vào cách ngƣời ta
nhìn nó. Nó có màu xanh lục khi nhìn ánh sáng phản xạ trên cốc và có màu đỏ khi
nhìn ánh sáng đi từ trong cốc và xuyên qua thành cốc. Các phép phân tích ngày nay
cho thấy trong chiếc cốc đó có các hạt nano vàng và bạc có kích thƣớc 70 nm và với
tỉ phần mol là 14:1. Tuy nhiên, phải đến năm 1857, khi Michael Faraday nghiên cứu
một cách hệ thống các hạt nano vàng thì các nghiên cứu về phƣơng pháp chế tạo,
tính chất và ứng dụng của các hạt nano kim loại mới thực sự đƣợc bắt đầu và cho
đến nay đã có rất nhiều loại hạt nano kim loại đƣợc ứng dụng vào thực tiễn mà điển

hình là hạt nano kim loại có từ tính [5].
1.2.1. Tính chất của hạt nano kim loại
1.2.1.1.

Tính chất quang học

Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dƣới tác
dụng của điện từ trƣờng bên ngoài nhƣ ánh sáng. Thông thƣờng các dao động bị
dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể
trong kim loại khi quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thƣớc.
Nhƣng khi kích thƣớc của kim loại nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình thì hiện
tƣợng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hƣởng với ánh sáng kích
thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano đƣợc có đƣợc do sự dao động tập thể
của các điện tử dẫn đến từ quá trình tƣơng tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao
động nhƣ vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân
cực điện tạo thành một lƣỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hƣởng
phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và
môi trƣờng xung quanh là các yếu tố ảnh hƣởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt

Khoa Sinh học

Footer Page 19 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
20văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học

Luận

Chử Lương Luân

nano cũng ảnh hƣởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi nhƣ gần
đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hƣởng của quá trình tƣơng tác
giữa các hạt [5].
1.2.1.2.

Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt hay nói cách khác điện trở của kim loại
nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lí luận về
độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng lƣợng của chất rắn.
Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dƣới tác dụng
của điện trƣờng (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó
R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm cho thấy đƣờng I-U là một đƣờng tuyến
tính. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lƣợng tử do giam hãm làm rời
rạc hóa cấu trúc vùng năng lƣợng. Hệ quả của quá trình lƣợng tử hóa này đối với
hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng
chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đƣờng I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi
bậc sai khác nhau một lƣợng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện
tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực [5].
1.2.1.3.

Tính chất từ

Các kim loại quý nhƣ vàng, bạc,… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự
bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thƣớc thì sự bù trừ trên sẽ không toàn
diện nữa và vật liệu có từ tính tƣơng đối mạnh.

Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối nhƣ các kim loại chuyển tiếp sắt,
cô ban, ni ken thì khi kích thƣớc nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển
sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi
có từ trƣờng và không có từ tính khi từ trƣờng bị ngắt đi, tức là từ dƣ và lực kháng
từ hoàn toàn bằng không [5].

Khoa Sinh học

Footer Page 20 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
21văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận
1.2.1.4.

Chử Lương Luân

Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy (Tm) của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các
nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các
nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật
liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có
thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của
hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng kích thƣớc 6 nm có Tm

= 950°C, 2 nm có Tm = 500°C [5].
1.2.2. Một số loại hạt nano kim loại
1.2.2.1.

Hạt nano kim loại quý

Hạt nano 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 khi thành khối, nhƣng có thể có màu đen, hồng ngọc hay tía khi
đƣợc cắt nhuyễn. Au không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhƣng lại chịu tác
dụng của hỗn hợp dung dịch HNO3 đậm đặc và dung dịch HCl đậm đặc theo tỉ lệ
1:3 để tạo thành acid cloroauric cũng nhƣ 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 ngƣời từ xƣa tới nay.
Ngày nay, nhờ vào tiến bộ trong lĩnh vực khoa học Nano, ngƣời 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 dƣới dạng đặc biệt đó là đó là: hạt nano vàng.

Khoa Sinh học

Footer Page 21 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
22văn

of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

Hình 1.3. Một cấu trúc tinh thể từ các phân tử nano vàng [36]
Khi đƣợc chia nhỏ ở trạng thái phân tử có kích thƣớc vài nm, nguyên tố này
có rất nhiều đặc tính riêng biệt. Hạt nano vàng có thể đƣợc điều chế theo phƣơng
pháp khử hoá học, phƣơng pháp từ thực vật…có thể phân tán tốt trong các dung
môi không phân cực hoặc kém phân cực nhƣ toluene, chloroform, dichloromethane,
diethyl ether... Dung dịch hạt nano vàng có màu đỏ tím đặc trƣng, hấp thu tia tử
ngoại ở bƣớc sóng 520 nm (phổ UV-Vis). Kích thƣớc hạt đồng đều, nằm trong
khoảng 2-4 nm.
Hạt nano vàng có thể đƣợc ứng dụng làm xúc tác cho các phản ứng hữu cơ,
làm sensor phân tích kim loại nặng, trong lĩnh vực thiết bị và linh kiện điện tử [28].
Hạt nano bạc
Bạc có ký hiệu là Ag, số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lƣợng phân tử là 107,868 (đơn vị C). Ag
có số oxi hóa là +1 và +2, phổ biến nhất là trạng thái oxi hóa +1. Trong tự nhiên,
Ag tồn tại hai dạng đồng vị bền là Ag – 107 (52%) và Ag – 109 (48%). Ag không
tan trong nƣớc, môi trƣờng kiềm nhƣng có khả năng tan trong một số acid mạnh
nhƣ HNO3, H2SO4 đặc nóng…
Ngày nay những thuộc tính quý của kim loại này đƣợc thể hiện tối đa khi
chúng đƣợc chế tạo bằng công nghệ nano. Và trên thị trƣờng cũng đã xuất hiện

Khoa Sinh học

Footer Page 22 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
23văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

nhiều sản phẩm chứa nano bạc nhƣ băng gạc y tế, nƣớc tẩy trùng bề mặt, nhƣ tủ
lạnh, máy gặt…
Hạt nano bạc đƣợc điều chế theo phƣơng pháp khử hoá học, phƣơng pháp ăn
mòn laser, phƣơng pháp hóa siêu âm… Dung dịch bạc nano có màu vàng đặc trƣng,
hấp thu tia tử ngoại ở bƣớc sóng 420 nm (phổ UV-Vis). Kích thƣớc hạt đồng đều,
nằm trong khoảng 2-5 nm [29].
1.2.2.2.

Hạt nano kim loại có tính từ (hạt nano từ)

Bất cứ vật liệu nào đều có sự hƣởng ứng với từ trƣờng ngoài (H), thể hiện
bằng độ từ hóa (từ độ - M). Tỷ số c = M/H đƣợc gọi là độ cảm từ. Tùy thuộc vào
giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau. Vật liệu có c < 0
(~-10-6) đƣợc gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có c > 0 (~10-6) đƣợc gọi là vật liệu
thuận từ. Vật liệu có c > 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ, ferri từ [4]. Ở
đây, vật liệu từ tính ngụ ý là vật liệu sắt từ, ferri từ hoặc siêu thuận từ.
Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác
định tính chất của vật liệu, ví dụ nhƣ: từ độ bão hòa (từ độ đạt cực đại tại từ trƣờng
lớn), từ dƣ (từ độ còn dƣ sau khi ngừng tác động của từ trƣờng ngoài), lực kháng từ

(từ trƣờng ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão hòa từ, bị khử từ).
Nếu kích thƣớc của hạt giảm đến một giá trị nào đó (thông thƣờng từ vài cho đến
vài chục nm), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể, tính sắt từ và ferri từ biến mất,
chuyển động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ.
Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dƣ và lực kháng từ bằng không. Điều đó có nghĩa
là, khi ngừng tác động của từ trƣờng ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa, đây là
một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học [5].
Hạt nano từ tính có thể đƣợc chế tạo theo các phƣơng pháp thông dụng nhƣ
phƣơng pháp nghiền, phƣơng pháp đồng kết tủa, phƣơng pháp vi nhũ tƣơng…Mỗi
phƣơng pháp đều có những ƣu nhƣợc điểm riêng, tuy nhiên khi đƣợc dùng trong y
sinh học thì chúng cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau:
- Tính đồng nhất của các hạt cao.
- Từ độ bão hòa lớn.

Khoa Sinh học

Footer Page 23 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
24văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

- Vật liệu có tính tƣơng hợp sinh học cao (không có độc tính).

Hình 1.4. Hình ảnh hiển vi điện tử của hạt nano từ Fe3O4 [37]
Tính đồng nhất về kích thƣớc và tính chất liên quan nhiều đến phƣơng pháp
chế tạo còn từ độ bão hòa và tính tƣơng hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật
liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ phòng
(25oC), sắt không độc đối với cơ thể ngƣời và tính ổn định khi làm việc trong môi
trƣờng không khí nên các vật liệu nhƣ ô-xít sắt đƣợc nghiên cứu rất nhiều để làm
hạt nano từ tính ứng dụng trong y sinh học.
Hạt nano từ dùng trong y sinh học thƣờng ở dạng dung dịch nên còn gọi là
chất lỏng từ. Một dung dịch gồm ba thành phần: lõi là hạt Fe3O4 có kích thƣớc
nano, chất chức năng hóa bề mặt (chất hoạt hóa bề mặt) và dung môi. Trong đó: i)
lõi Fe3O4 có kích thƣớc nano là thành phần duy nhất quyết định đến tính chất từ của
dung dịch từ; ii) chất hoạt hóa bề mặt có tác dụng làm cho hạt nano từ phân tán
trong dung môi, tránh kết tụ với nhau, ngoài ra nó còn có tác dụng “che chở’’ hạt
nano khỏi sự phát hiện của hệ thống miễn dịch của cơ thể và tạo các mối liên kết
hóa học với các phân tử khác trong điều kiện phù hợp. Dung môi là chất lỏng mang
toàn bộ hệ [4, 15].

Khoa Sinh học

Footer Page 24 of 16.

Khóa 2010 - 2012


Header Page
25văn
of Thạc
16. sĩ Khoa học
Luận

Chử Lương Luân

1.2.3. Ứng dụng của hạt nano kim loại trong y học
Các ứng dụng đều liên quan đến những tính chất khác biệt của hạt nano.
Những ứng dụng đầu tiên nhƣ chúng ta đã biết là liên quan đến tính chất quang của
chúng. Ngƣời ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc
khác nhau. Gần đây ngƣời ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt nano
vàng để tiêu diệt tế bào ung thƣ. Trong đó, hạt nano vàng đƣợc kích thích bằng ánh
sáng laser xung, do hiện tƣợng hấp thụ cộng hƣởng Plasmon mà hạt nano dao động
có nhiệt độ tăng dần, có khi lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vàng.
Quá trình tăng nhiệt này gây ra một sóng xung kích tiêu diệt tế bào ung thƣ trong
bán kính hàng mm. Hạt nano vàng bọc bởi các nguyên tử Gd (có mô men từ nguyên
tử lớn nhất) còn đƣợc dùng để làm tăng độ tƣơng phản trong cộng hƣởng từ hạt
nhân [5, 24, 32].
Hạt nano vàng, bạc đƣợc sử dụng trong y sinh học để đánh dấu tế bào. Nhờ
kích thƣớc của hạt nano nhỏ hơn nhiều bƣớc sóng ánh sáng chiếu vào mà xuất hiện
hiện tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt làm cho khả năng tán xạ ánh sáng của các
hạt nano kim loại rất mạnh [32].
Các ứng dụng của hạt nano từ đƣợc chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể
và trong cơ thể. Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách
những tế bào cần nghiên cứu ra khỏi các tế bào khác. Các ứng dụng hạt nano từ
trong cơ thể gồm: dẫn thuốc, nung nóng cục bộ và tăng độ tƣơng phản trong ảnh
cộng hƣởng từ [27].
1.3.

CHỨC NĂNG HÓA BỀ MẶT HẠT NANO TỪ, GẮN KẾT VÀ LÀM
GIÀU TẾ BÀO VI KHUẨN LAO

1.3.1. Chức năng hóa bề mặt hạt nano từ

Hạt nano từ tính có kích thƣớc 10 nm – 20 nm đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp
đồng kết tủa hai ion Fe3+ và Fe2+ bằng OH- tại nhiệt độ phòng hoặc tại 90oC trong
môi trƣờng khí N2 để tránh oxi hóa. Phép đo quang phổ kế hồng ngoại cho thấy trên
bề mặt hạt nano từ tính trong nƣớc có bao phủ một lớp –OH, đây là một nhóm chức

Khoa Sinh học

Footer Page 25 of 16.

Khóa 2010 - 2012