Thuyet minh bo kit nano sinh hoc chan doan ung thu gan

Biểu B1-2- TMDT
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI
(Kèm theo Quyết định số 10/2007/QĐ-BKHCN ngày 11 tháng 5 năm 2007
của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ)

B1-2- TMĐT

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ
I. THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1 Tên đề tài
Nghiên cứu và chế tạo bộ kít nano sinh học để chẩn đoán bệnh
ung thư gan

2

Mã số:

3

4

Cấp quản lý

Thời gian thực hiện: 30 tháng
Từ tháng 01/2011 đến tháng 6/2013

5

Nhà nước

Bộ

Tỉnh

Cơ sở

Kinh phí: 4.550 triệu đồng, trong đó:
Nguồn

Tổng số (triệu đồng)
4.550

- Từ Ngân sách sự nghiệp khoa học
- Từ nguồn tự có của tổ chức
- Từ nguồn khác
6

Thuộc Chương trình: Công nghệ sinh học

Mã số:

Thuộc dự án KH&CN;
Đề tài độc lập;
7

8

Lãnh vực khoa học
Tự nhiên;

Nông, lâm, ngư nghiệp;

Kỹ thuật và công nghệ;

Y dược.

Chủ nhiệm đề tài
Họ và tên: TS. NGUYỄN THỊ MINH HẠNH
Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1976

Nam/ Nữ: Nữ

Học hàm:

Năm được phong học hàm:

Học vị: TS

Năm đạt học vị: 2007

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên
Điện thoại: CQ: 84-8-37242160-Ext. 4632
Fax: 84-8-37242163

NR:

E-mail:

1

DĐ: 0936577655


Tên tổ chức đang công tác: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano - Đại Học Quốc Gia TP. HCM
Địa chỉ tổ chức: Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP. HCM.
Địa chỉ nhà riêng: 402A An Khánh, An Phú, Phường An Phú, Quận II, Tp. HCM.
9

Thư ký đề tài
Họ và tên: KS. Lê Thị Thanh Tuyền
Ngày, tháng, năm sinh: 11/11/1984

Nam/ Nữ: Nữ

Học hàm, học vị: KS
Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên
Chức vụ: Cán bộ quản lý KH & CN
Điện thoại: CQ: 84-8-37242160 - Ext. 4623
Fax: 84-8-7242163

DĐ: 0983.938408

E-mail: ;

Tên tổ chức đang công tác: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano - Đại Học Quốc Gia TP. HCM
Địa chỉ tổ chức: Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP. HCM.
Địa chỉ nhà riêng: 38, đường 18, KP5, P. Linh Trung, Q. Thủ Đức
10 Tổ chức chủ trì đề tài
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano - Đại Học Quốc Gia TP. HCM
Điện thoại: 84-8-37242160 - Ext. 4612

Fax: 84-8-37242163

E-mail:
Website: www.hcmlnt.edu.vn
Địa chỉ: Khu Phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP. HCM
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS. Đặng Mậu Chiến
Số tài khoản: 945.01.0025009
Ngân hàng: Kho Bạc Nhà Nước TP. HCM
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano - Đại Học Quốc Gia TP.
HCM.
11 Các tổ chức phối hợp chính thực hiện đề tài
1. Tổ chức 1 : Bệnh Viện Ung Bướu TP. HCM
Tên cơ quan chủ quản: Sở Y tế TP.HCM
Điện thoại: 84-8-38433021

Fax:

Địa chỉ: 3 Nơ Trang Long, Phường 7, Quận Bình Thạnh , TP. HCM
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: BS. Lê Hoàng Minh
2. Tổ chức 2 : Khoa Điện Tử - Viễn Thông, ĐH KHTN, ĐHQG Tp. HCM
Tên cơ quan chủ quản: ĐH KHTN, ĐHQG Tp. HCM

2


Điện thoại: 84-8- 38353.193 Fax: Fax: 84-8-38350096
Địa chỉ: 227, Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, TP. HCM
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: PGS.TS. Dương Ái Phương
12

Các cán bộ thực hiện đề tài

(Ghi những người có đóng góp khoa học và chủ trì thực hiện những nội dung chính thuộc tổ chức chủ trì
và tổ chức phối hợp tham gia thực hiện đề tài, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm đề tài)
Họ và tên, học
hàm học vị
1

TS. Nguyễn
Minh Hạnh

2

PGS. TS.
Mậu Chiến

3

TS. Tống
Hiển

4

5

2

Nội dung công việc
tham gia

Tổ chức
công tác

Thời gian làm
việc cho đề tài
(Số tháng quy
đổi2)

Thị Nghiên cứu viên Phòng Chủ nhiệm đề tài, định
Thí Nghiệm Công Nghệ hướng nghiên cứu, đánh
Nano - ĐHQG TP. HCM
giá kết quả nghiên cứu.
Chịu trách nhiệm chuyên
môn về công nghệ chế
tạo và quá trình thụ động
hóa bề mặt để kết cặp các
mồi sinh học lên cấu trúc
nano

24 tháng

Đặng Giám đốc Phòng Thí Chỉ đạo chung, định
Nghiệm Công Nghệ Nano hướng nghiên cứu, tư vấn
- ĐHQG TP. HCM
chuyên môn về công
nghệ vật liệu nano và chế
tạo nano.

12 tháng

Duy Phó Giám đốc Phòng Thí Phụ trách chuyên môn về
Nghiệm Công Nghệ Nano công nghệ chế tạo sợi
- ĐHQG TP. HCM
nano và thanh dao động
nano, các đo đạc đặc
trưng của cảm biến.
BS. Lê Hoàng Giám đốc Bệnh Viện Ung Tư vấn chuyên môn về
Bướu TP. HCM
Minh
ung thư gan, về quy trình
ứng dụng cảm biến nano
sinh học phát hiện các
biomarkers dùng để chẩn
đoán ung thư gan sớm.
BS. Phạm Xuân Trưởng Khoa Nội II, Bệnh Tư vấn chuyên môn về
Viện Ung Bướu TP. HCM ung thư gan, chỉ đạo thực
Dũng
hiện các thí nghiệm,
nghiên cứu trong việc
ứng dụng cảm biến nano
sinh học phát hiện các
biomarkers dùng để chẩn
đoán ung thư gan sớm.

24 tháng

Một (01) tháng quy đổi là tháng làm việc gồm 22 ngày, mỗi ngày làm việc gồm 8 tiếng

3

8 tháng

12 tháng


6

PGS. TS. Nguyễn Trưởng Khoa Điện tử- Thiết kế, chế tạo các bộ
Văn Hiếu
viễn thông, ĐH KHTN, thiết bị điện tử, dùng để
ĐHQG TP. HCM
điều khiển và ghi nhận
tín hiệu của các cảm biến
sợi nano và thanh dao
động nano.

12 tháng

7

CN. Lê Thị Thanh Nghiên cứu viên Phòng Thử nghiệm cảm biến
Tuyền
Thí Nghiệm Công Nghệ nano sinh học dựa trên
Nano - ĐHQG TP. HCM
cấu trúc sợi nano bán dẫn
trong việc phát hiện ung
thư gan.

20 tháng

8

ThS.
Nguyễn Nghiên cứu viên Phòng Thiết kế, chế tạo các cảm
Thành Chiến
Thí Nghiệm Công Nghệ biến nano. Thiết kế, chế
Nano - ĐHQG TP. HCM
tạo các bộ thiết bị điện tử
điều khiển cho cảm biến
nano sinh học.

20 tháng

9

ThS. Phạm Văn Nghiên cứu viên Phòng Các thực nghiệm phát
Bình
Thí Nghiệm Công Nghệ hiện ung thư gan.
Nano - ĐHQG TP. HCM

20 tháng

Nghiên cứu viên Phòng Quy trình công nghệ,
Thí Nghiệm Công Nghệ thiết kế, chế tạo các cảm
Nano - ĐHQG TP. HCM
biến nano. Định lượng
các biomarkers để chẩn
đoán ung thư gan.

20 tháng

10

CN Trần Phú Duy

II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG KH & CN VÀ PHƯƠNG ÁN TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
13

Mục tiêu của đề tài (Bám sát và cụ thể hoá định hướng mục tiêu theo đặt hàng - nếu có)

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu công nghệ, chế tạo bộ 02 kít nano sinh học dựa trên cấu
trúc sợi nano (nanowire) và thanh dao động nano (nanocantilevers), dùng đế định lượng nhanh, với
độ chính xác cao các chất đánh dấu sinh học (biomarkers) [1-16] phục vụ chẩn đoán nhanh với độ
đặc hiệu cao ung thư gan. Các mục tiêu chính của đề tài bao gồm:
- Xây dựng các qui trình công nghệ chế tạo mới, phù hợp với điều kiện của Việt Nam, để chế tạo ra
các sợi nano và thanh dao động nano có kích thước và tính chất thích hợp cho việc chế tạo bộ kít
nano sinh học. Qui trình công nghệ cho phép chế tạo các cấu trúc nano này với qui mô lớn, giá
thành chế tạo hợp lí.
- Qui trình thiết kế, chế tạo các phần cứng và phần mềm phụ trợ để chế tạo 02 bộ kít nano sinh học
hoàn chỉnh dựa trên cấu trúc sợi nano và thanh dao động nano, thích hợp cho việc định lượng các
hợp chất sinh học.
- Các qui trình thụ động hóa bề mặt thích hợp để thụ động hóa với hiệu suất cao các mồi sinh học
(bioreceptors) lên trên bề mặt sợi nano và thanh nano, dùng để kết cặp với hiệu suất và độ đặc hiệu
cao các biomarkers của ung thư gan (trong thuyết minh này, nhóm tác giả xin phép không dịch sang
tiếng Việt các cụm từ chuyên môn là bioreceptors ( các cặp mồi sinh học) và biomarkers (các chất
đánh dấu hay các chỉ thị sinh học đặc trưng…) mà sử dụng nguyên gốc tiếng Anh của các từ này).

4

- Sử dụng 02 bộ kít trong việc định lượng nhanh, chính xác, và đồng thời các biomarker đặc hiệu
của ung thư gan như Alpha-fetoprotein (AFP), AFP-L3, Des-gamma-carboxyprothrombin
(DCP), và Golgi protein (GP73) [1-16] ở nồng độ 50-100 fM trong máu, phục vụ việc chẩn đoán
nhanh, chính xác ung thư gan. Hiện nay việc chẩn đoán ung thư gan qua xét nghiệm máu thường
xét nghiệm sự hiện diện của một trong bốn marker phổ biến nói trên, và độ nhạy và độ đặc hiệu
thường khá thấp. Ví dụ phép chẩn đoán với marker AFP-L3 cho độ nhạy và độ đặc hiệu chẩn đoán
thay đổi từ 36-66% và 77-95% tùy theo lứa tuổi và giới tính. Nếu phát hiện được đồng 02 markers
là AFP và DCP thì phép chẩn đoán sẽ có độ nhạy khoảng 94% và tính đặc hiệu là 85% [2]. Như
vậy, việc phát hiện và định lượng được đồng thời 04 markers nói trên trong đề tài này sẽ cho phép
nâng cao đáng kể độ chính của việc chẩn đoán ung thư gan, thậm chí cho phép chẩn đoán trong thời
gian tiền nhiễm bệnh.
- Đưa ra được qui trình sử dụng và đánh giá chất lượng của các bộ kít chế tạo ra trong việc phân
tích và định lượng các biomarkers, phục vụ chẩn đoán nhanh, sớm, chính xác ung thư gan.
- Đào tạo cho cán bộ nghiên cứu các kiến thức chuyên sâu, đa ngành về công nghệ vật liệu và chế
tạo linh kiện nano (nanomaterials and nanodevice fabrication), điện tử điều khiển cho linh kiện
nano, công nghệ sinh học phân tử (biomarkers and receptors), và chẩn đoán ung thư... Với kiến thức
đa ngành và chuyên sâu như vậy sẽ cho phép đội ngũ nghiên cứu đưa nhanh các thành quả ưu việt
của công nghệ nano sinh học (nano-biotechnology) vào phục vụ các nghiên cứu và ứng dụng trong
một ngành rất quan trọng với xã hội là Y-học, trong đó chẩn đoán ung thư sớm chỉ là một trường
hợp cụ thể.

14

Tình trạng đề tài
Mới

Kế tiếp hướng nghiên cứu của chính nhóm tác giả
Kế tiếp nghiên cứu của người khác

15

Tổng quan tình hình nghiên cứu, luận giải về mục tiêu và những nội dung nghiên cứu
của Đề tài

15.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lãnh vực của Đề tài
Ngoài nước (Phân tích đánh giá được những công trình nghiên cứu có liên quan và những kết quả
nghiên cứu mới nhất trong lãnh vực nghiên cứu của đề tài; nêu được những bước tiến về trình độ
KH&CN của những kết quả nghiên cứu đó)

a. Yêu cầu phân tích, định lượng nhanh, chính xác các chất sinh học
Phát hiện và định lượng nhanh các phần tử sinh học như glucose, protein, ADN… ở nồng độ siêu
nhỏ là một yêu cầu vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng của các ngành
sinh học, y tế, dược phẩm và nông nghiệp… Ví dụ thông qua việc phát hiện các protein chỉ thị
(protein markers), DNA đột biến (gen mutation), kháng nguyên và kháng thể (antibodies, antigents),
glucose … trong bệnh phẩm, cho phép chẩn đoán nhanh, chính xác nhiều bệnh nguy hiểm như ung
thư, lây nhiễm virus, sản phẩm đột biến gen, tiểu đường… Những thành tựu đột phá trong lĩnh vực
sinh học phân tử và y sinh gần đây đã xác định được trên 200 chất đánh dấu sinh học (biomarkers)
như vậy, mở ra những khả năng hoàn toàn mới cho nghiên cứu và ứng dụng trong các ngành khoa
học liên quan như sinh học, dược phẩm, nông nghiệp, và đặc biệt là trong lĩnh vực chẩn đoán bệnh
trong y học… [1-25].
Có nhiều kĩ thuật và phương pháp đã và đang được sử dụng để phân tích và định lượng các phần tử
sinh học trên như kĩ thuật ELISA, Polymer Chain Reaction (PCR), Surface Plosmon Resonance

5


(SPR), cộng hưởng từ, phân tích hóa học… Tuy thế, chưa có phương pháp nào trong các phương
pháp truyền thống này có đầy đủ khả năng cho phép phát hiện nhanh, chính xác, đồng thời các phân
tử sinh học nói trên. Do đó việc nghiên cứu, chế tạo ra một thế hệ cảm biến mới có khả năng như

thế đang được đặc biệt quan tâm và đầu tư nghiên cứu [17-45].
Khoa học nói chung và khoa học sự sống (life sciences) đã và đang có những phát triển vượt bậc
trong thời gian qua. Trong khoa học sự sống, các nhà khoa học đang tiến hành các nghiên cứu về
cấu trúc và nguyên lí hoạt động của các phần tử siêu nhỏ như DNA, protein, tế bào gốc ở mức độ
đơn phân tử [17-25, 46-69]. Các nghiên cứu này là đặc biệt quan trọng vì nó cho phép hiểu được
bản chất sự sống, tiến tới điều khiển, phục vụ các mục đích quan trọng nhất của con người như chữa
bệnh, nâng cao sức khỏe và kéo dài tuổi thọ. Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng đặt ra một nhu cầu
cấp thiết đó là việc nâng cao độ nhạy của các thiết bị phân tích hiện nay vì chỉ khi đó các thiết bị
mới có đủ khả năng phát hiện, nghi nhận các tín hiệu siêu nhỏ của các đơn phân tử. Việc nâng cao
độ nhạy của thiết bị phân tích cũng mở ra các khả năng và ứng dụng hoàn toàn mới trong nhiều
ngành khoa học và đời sống khác. Ví dụ trong lĩnh vực chẩn đoán bệnh, việc phát hiện nhanh các
chất đánh dấu sinh học ở nồng độ siêu nhỏ (trong khoảng nM-fM), sẽ cho phép chẩn đoán được
bệnh trong thời gian tiền nhiễm bệnh [17, 46-68]. Trong thời gian này, các phương pháp y học (cả
truyền thống và hiện đại) đều có thể phát huy hiệu quả trong việc chữa trị, thậm chí với những bệnh
hiểm nghèo như ung thư. Gần đây, nghiên cứu của các nhà y học Anh cho thấy, nếu bệnh ung thư
tuyến tiền liệt được phát hiện trong giai đoạn sơ khởi (tiền nhiễm bệnh), thì bệnh nhân không cần
dùng đến các phương pháp can thiệp của y học hiện đại (tốn kém, nhiều ảnh hưởng phụ). Trong
trường hợp này, bệnh nhân chỉ cần uống nhiều nước, ăn nhiều rau quả, tránh căng thẳng (stress), thì
bệnh gần như không phát triển hoặc thậm chí tự khỏi.

b. Công nghệ nano với những khả năng mới trong đa lĩnh vực
Công nghệ nano là ngành khoa học về nghiên cứu, chế tạo, điều khiển và ứng dụng các vật liệu và
linh kiện có kích thước siêu nhỏ, trong khoảng từ 1-100 nm (1 mét = 109 nm) [17-68,70].Như thế
nếu 1 hạt nano có đường kính là 1 nm, thì hạt đó có cỡ nhỏ hơn 80 nghìn lần so với độ dày trung
bình của sợi tóc người. Kích thước và cấu trúc siêu nhỏ dẫn đến các thay đổi lớn về bản chất và tính
chất vật lí, hóa học, cũng như tính chất quang, từ v.v..của vật liệu và linh kiện. Những thay đổi và
tính chất mới này khi được khai thác và sử dụng thích hợp (thường) mang lại những ứng dụng mới,
với khả năng ưu việt mà vật liệu và linh kiện truyền thống không có được.
Ví dụ trong lĩnh vực vật liệu mới, gần đây các nhà nghiên cứu tại ĐH Tel Aviv đã tìm ra cách điều
khiển các hạt nhân và phân tử của một loạt các peptide ngắn, làm cho chúng tạo thành một thảm cỏ

tí hon trên bề mặt. Các peptide ngắn này vốn rất sản xuất dễ dàng và tốn ít chi phí đã được sử dụng
để tạo các ống nano tự liên kết dưới điều kiện nhiệt độ cao.Với kích thước 1 phần tỉ mét, những ống
nano này có thể chịu được nhiệt độ cực cao và có khả năng chống nước. Chính vì thế, vật liệu này
có tiềm năng lớn để chế tạo lớp phủ tự làm sạch lên kính của các tòa nhà chọc trời. Ngoài ra, khi
phủ lên pin mặt trời, lớp phủ nano này còn giúp tăng hiệu suất làm việc của pin mặt trời, giúp giảm
30 % ảnh hưởng của bụi đối với công suất pin. Vật liệu nano này cũng giống như một tụ điện có
mật độ điện tích rất cao, nên có thể giúp chế tạo các pin dung lượng lớn. Trong khi đó bằng cách kết
hợp các chất độn nano tính năng cao, ví dụ bentonit cỡ nano đã biến đổi bề mặt, cho phép sản
xuất các vật liệu polyme có tính chất hoàn toàn mới. Ví dụ nếu sử dụng chất độn bentonit cỡ nano
với lượng rất nhỏ thì có thể tăng tính ổn định nhiệt của polyamit thêm khoảng 50 0C, giảm 50 % độ
thẩm thấu đối với oxy, CO2 và hơi nước, tạo ra các vật liệu có tính năng chống

6


(a)

(b)

(c)

(d)

Hình 1: Một số ví dụ minh họa cho công nghệ nano. (a) Thuốc chữa bệnh được bọc trong hạt nano
nhiều lớp, trong đó lớp ngoài cùng có gắn các nhóm chức năng cho phép kết cặp với các kháng
nguyên/kháng thể. (b) Các kẽ hở nano ở vách huyết quản của khối u ung, cho phép các hạt nano
có kích thước thích hợp (4-250 nm) chui qua (c)[49-56]. Lỗ nano có đường kính 2 nm, chỉ cho
từng đơn chuỗi DNA (có đường kính tự nhiên là 1.8 nm) chui qua tại một thời điểm, cho phép xây
dựng hệ giải mã gen thế hệ mới nhanh hơn nhiều nghìn lần [45-46].(d) sự chuyển động rời rạc của
từng đơn ion trong kênh dẫn chất lỏng có đường kính 20 nm [70].

7


cháy. Ngoài nano bentonit, những phân tử nano polymer nhẹ, nhưng siêu nhỏ và siêu bền, đang
được dùng để chế tạo các đồ thể thao cao cấp, quần áo thế hệ mới. Cũng trong lĩnh vực vật liệu
nano, các hạt nano TiO2 góp phần tạo nên sơn nano với tính chất tự diệt khuẩn mà sơn truyền thống
không có được. Trong khi đó hạt nano silic tinh khiết được phủ một lớp vật liệu hoạt tính có thể
được sử dụng để để loại bỏ các hóa chất độc hại, vi khuẩn, virut và các chất độc hại khác trong
nước một cách hiệu quả và ít tốn kém hơn so với các phương pháp lọc nước truyền thống. Chính vì
thế chỉ trong mấy năm qua riêng tập đoàn Mitsubishi đã đầu tư hơn 100 triệu Euro cho các vật liệu
nano, và công ty này sẽ tạo ra những loại sợi carbone nhỏ nhưng chắc hơn thép 100 lần và nhẹ hơn
thép 6 lần [69].
Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, công nghệ nano được sử dụng để chế tạo ra các transistor có
chiều dài kênh dẫn xuống đến cỡ 32 nm, tạo ra các máy tính cá nhân có kích thước nhỏ nhưng với
tốc độ của bộ vi xử lí lên đến hàng chục GHz. Các đĩa nhớ nano chỉ có kích thước vài centimet
nhưng có dung lượng lên đến hàng nghìn Gb cũng đã được thương mại hóa. Các thành quả này là
một việc thậm chí không thể dự đoán trong những năm trước đây trong lĩnh vực này.
Công nghệ nano ứng dụng trong chữa trị ung thư (trong phần tổng quan này nhóm tác giả chỉ
nêu ngắn gọn về các khả năng ưu việt của công nghệ nano trong chữa trị ung thư, vì phần phát
hiện bệnh ung thư- nội dung chính của đề tài này-sẽ được trình bày chi tiết ở phần sau): Vì phần
lớn các quá trình sinh học, bao gồm cả các quá trình dẫn đến ung thư và phát triển của ung thư đều
xảy ra ở qui mô nano, do đó các vật liệu và linh kiện nano với kích thước siêu nhỏ nanomet có khả
năng thâm nhập vào bên trong các tế bào sống, mang lại các khả năng chưa từng có trước đây cho
cả hai lĩnh vực lâm sàng cũng như các nghiên cứu tiên tiến nhất trong lĩnh vực điều trị và chẩn đoán
ung thư ( Với khả năng chứa thuốc, tải thuốc trị liệu và phát quang tạo ảnh
trong mô tế bào sinh vật, các hạt nano đã mở ra một cơ hội lớn cho những ứng dụng mới hay cải
thiện những ứng dụng hiện có.Ví dụ trong lĩnh vực chữa trị bệnh ung thư theo phương pháp truyền
thống, các hóa chất trị liệu khi được đưa vào cơ thể đều nhằm vào mọi tế bào đang phân chia nhanh,
tiêu diệt không hề phân biệt các tế bào bệnh và các tế bào khỏe mạnh, dẫn đến việc phải trị liệu với

liều thuốc rất cao, gây nhiều tác dụng phụ. Thậm chí có thể nói rằng nhiều bệnh nhân ung thư bị
chết nhanh sau khi sử dụng hóa chất hay chạy xạ chính là do các tác dụng phụ của thuốc và tia xạ
trị. Trong khi đó khi sử dụng các hạt nano có kích thước từ vài nanomet tới hai ba trăm nanomet,
các dược chất hoặc các tác nhân chẩn đoán sẽ được đưa vào bên trong, liên kết hoá học hoặc gắn kết
vào bề mặt của các hạt nano. Hạt vận chuyển thuốc có nhiều triển vọng nhất là dạng thuốc
Liposome (Hình 1a). Khi được đưa vào cơ thể, hạt nano tải thuốc sẽ theo hệ thống tuần hoàn qua
mạch máu để đi đến mục tiêu. . Ở đây, người ta đã lợi dụng sự khác biệt giữa vùng mô bình thường
và khối u ung thư (Hình 1b). Tế bào của vách huyết quản trong vùng mô khoẻ mạnh có sự liên kết
rất khít, trong khi đó những kẽ hở khoảng nanomét xuất hiện ở vách huyết quản của khối u ung thư.
Phân tử thuốc đưa vào cơ thể theo phương pháp truyền thống có thể đi xuyên vách qua sự thẩm
thấu và khuếch tán tự nhiên, hủy diệt cả các tế bào tốt lẫn tế bào ung thư. Ngược lại, khi thuốc bị
gói trong hạt tải nano, độ lớn của hạt không cho nó đi qua vách huyết quản nhưng có thể chui lọt
qua những kẽ hở nanomet nói trên để đi vào khối u ung thư. Sau đó các hạt nano tai thuốc được
kích hoạt thông qua các phương pháp như song điện trường, nhiệt để phá vỡ lớp vỏ bọc, nhả thuốc
tiêu diệt các tế bào ung thư. Kích cỡ của hạt nano là một yếu tố quan trọng cho việc tải thuốc. Kích
cỡ này phải trong phạm vi từ 4 đến 400 nm. Nếu nhỏ hơn 4 nm, hạt sẽ nhanh chóng bị thải ra theo
đường bài tiết. Nếu lớn hơn 400 nm, hạt sẽ bị hệ thống miễn nhiễm phát hiện và loại trừ ra khỏi cơ
thể. Như thế, dược liệu được bao lại trong từng "gói" nhỏ và di chuyển đến mục tiêu để "bắn phá"
các tế bào bệnh, đặc biệt hiệu quả trong chữa bệnh ung thư. Rất nhiều ứng dụng ưu việt khác của
hạt nano như tải thuốc và chữa bệnh, nâng cao độ phân giải của hình ảnh phân tích, phân tách tế
bào… được báo cáo trong các tài liệu tham khảo …[49,50, 53,56,64,66].
Công nghệ nano cũng đang góp phần rất lớn để phát triển các thiết bị phân tích thế hệ mới, cho
phép phân tích các chất nhanh hơn với độ nhạy đến mức đơn phân tử, một trong các kì vọng và

8


yêu cầu cao nhất của bất kì thiết bị phân tích nào. Ví dụ màng nano đơn lỗ với kích thước lỗ từ 2-3
nm (single nanopore membrane), sẽ chỉ cho 1 phân tử DNA (có đường kính 2.3 nm) chạy qua trong
một thời điểm, tính chất này tạo ra khả năng chế tạo hệ giải mã DNA mới, có tốc độ nhanh hơn thiết

bị hiện tại vài nghìn lần với chi phí thấp (Hình 1c) [45,46]. Gần đây, với việc chế tạo các kênh dẫn
chất lỏng nano với đường kính khoảng 20 nm, tức là đường kính bằng 1/4000 lần đường kính sợi
tóc, các nhà khoa học đã phân tách (isolate) và nghi nhận được từng ion chạy trong dung dịch, cho
phép nghiên cứu các tính chất vật lý cúng như động học của từng ion ở trạng thái riêng biệt, đây là
điều không thể thực hiện được nếu không có sự sử dụng các kênh dẫn chất lỏng nano siêu nhỏ như
vậy [70].
Cuối cùng chúng tôi muốn đề cập đến các tính chất và ứng dụng mới của vật liệu ở dạng dạng sợi
(nanowires) [ 18-32] và thanh nano (nanocantilevers) [33-44]. Ví dụ khi vật liệu ở dạng sợi nano,
hệ số giữa diện tích bề mặt và thể tích của vật liệu lớn hơn rất nhiều khi ở dạng khối, dẫn tới nhiều
thay đổi về tính chất điện, cơ, quang… trong đó đặc biệt là tính chất điện trở của vật trở lên siêu
nhạy với các thay đổi của môi trường bên ngoài, cho phép sử dụng sợi nano để xây dựng lên các
cảm biến siêu nhạy thế hệ mới [18-32,52, 56-61,65]. Các ưu việt của sợi nano (nanowires) và thanh
dao động nano (cantilevers) được khai thác như thế nào để chế tạo ra các bộ kít nano sinh học với
khả năng phát hiện nhanh, siêu nhạy - nội dung nghiên cứu của đề tài này - sẽ được đề cập chi tiết
ở phần dưới đây (phần c).
Về mặt tổng quan, với những tính chất và ứng dụng mới, ưu việt trong tất cả các lĩnh vực quan
trọng nhất của đời sống con người, hứa hẹn thay đổi thế giới trong thời gian tới, ngành công nghệ
nano được coi là công nghệ của thế kỉ 21, đang thúc đẩy cuộc cách mạng công nghệ mới và dự báo
công nghệ này sẽ đem lại 1.000 tỷ USD cho nhân loại vào cuối thập kỷ này. Trên toàn cầu, hơn
3.000 bằng phát minh về công nghệ nano đã được bảo hộ bản quyền hàng năm. Chính vì vật công
nghệ nano đã và đang được các nước trên thế giới quan tâm, đầu tư rất lớn để nghiên cứu, phát triển
trong những năm gần đây. Ví dụ lĩnh vực này của Mỹ được đầu tư khoảng 3 tỉ USD/năm (1.5 tỉ $ từ
chính phủ Mỹ, 1.5 tỉ $ từ các nguồn của tư nhân). Số tiền này gần ngang bằng 75% tổng số tiền đầu
tư hàng năm của châu Âu, Nhật và Hàn Quốc cho công nghệ nano. Các nước châu Âu cũng đang
đầu tư rất lớn vào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano. Ví dụ Chương Trình Nghiên Cứu
Chung của các nước EU (FP7 program) dành khoảng 6 tỉ Euros cho nghiên cứu và ứng dụng của
công nghệ nano trong các lĩnh vực như công nghệ thông tin và y tế…[71]. Ngoài ra, chính phủ các
nước châu Âu cũng tự đầu tư thêm rất nhiều cho lĩnh vực này. Ví dụ Hà Lan là nước nhỏ với 16
triệu dân, nhưng tổng số tiền đầu tư cho công nghệ nano là 490 triệu Euros (153 € triệu từ Chính
Phủ, 337 triệu € từ các nguồn khác) trong năm 2008 [72].

Các nước xung quanh Việt Nam như Thái Lan, Singapore, Malaysia… cũng đang đầu tư lớn để
phát triển công nghệ này. Ví dụ, Chính Phủ Singapore vừa đầu tư trên 1 tỉ USD để xây dựng Viện
nghiên cứu A Star của họ, trong đó các lĩnh vực của công nghệ nano như vật liệu nano, tính toán
nano, đặc biệt là nano sinh học được ưu tiên đầu tư hang đầu về cơ sở vật chất, thu hút chuyên gia
tầm cỡ thế giới về làm việc để đưa Singapore thành trung tâm nano trong khu vực và Châu Á. Gần
đây Chính Phủ Thái Lan cũng đầu tư 340 triệu USD cho công nghệ nano nhằm đưa các thành quả
mới nhất của công nghệ nano vào phục vụ sản xuất nông nghiệp, hải sản và hàng tiêu dùng [73].
C. Bộ kít nano sinh học chế tạo dựa trên cấu trúc sợi nano và thanh nano
Bộ kít sinh học sợi nano (nanowire): sợi nano được định nghĩa là vật liệu ở dạng sợi với đường
kính sợi trong khoảng 1-100 nm. Như thế, chúng ta phải bó ít nhất 1 triệu sợi nano lại với nhau để
có một vật thể có kích thước ngang bằng sợi tóc người với đường kính trung bình là 100 micron.
Khi ở dạng siêu nhỏ sợi nano, phần lớn các lớp nguyên tử cấu tạo nên sợi sẽ nằm trên bề mặt, dẫn
đến các tính chất của sợi, đặc biệt là điện trở của sợi, rất nhạy với các thay đổi của môi trường bên
ngoài. Tính chất này làm sợi nano trở thành vật liệu lí tưởng để chế tạo các cảm biến sinh học thế hệ
mới – bộ kít sinh học sợi nano - với khả năng hoàn toàn mới mà linh kiện truyền thống không có.

9


Cấu tạo và nguyên lí làm việc của bộ kít sinh học sợi nano được minh họa trong Hình 2 dưới đây
[18-32, 56-61,65].

(d)
Hình 2: Nguyên lí hoạt động và cấu trúc của cảm bộ kít sinh học sợi nano. Bộ kít gồm kênh dẫn
là sợi bán dẫn nano silic loại P có chứa các hạt dẫn mang điện dương. Hai đầu sợi nano có các
tiếp xúc điện (không mô tả trong hình vẽ) để cho dòng điện chạy qua sợi nano. Trên bề mặt sợi
được thụ động hóa các mồi sinh học (bioreceptor) để bắt cặp với các biomarkers cần phát hiện.
(a) Sự bắt cặp của các receptors/biomarkers diễn ra trên bề mặt sợi diễn ra khi dung dịch có
chứa các biomarkers được cho chảy qua sợi nano. (B) Khi các biomarkers có điện tích âm sẽ
dẫn đến sự tích tụ các hạt dẫn của sợi lên trên bề mặt, làm tăng dòng điện chạy qua sợi. Trong

khi nếu các biomarkers có điện tích âm sẽ làm giảm dòng điện chạy qua sợi (c).(d) Bộ kít gồm
nhiều sợi nano dùng cho việc phát hiện cùng lúc nhiều biomarkers khác nhau, để nâng cao độ
chính xác của phép phân tích, chẩn đoán bệnh dựa trên sự phát hiện các biomarkers. [18-32,
56-61,65]

Về mặt tổng thể, bộ kít sợi nano sinh học hoạt động dựa trên nguyên lí làm việc của transitor hiệu

10


ứng trường (Field Effect Transistor - FET), một linh kiện phổ biến và truyền thống nhất của công
nghệ vi điện tử [18-32, 56-61,65]. Các khả năng làm việc ưu việt của bộ kít sợi nano có thể được
trình bày vắn tắt dưới đây:
Chỉ cần một vài phân tử biomarkers từ dung dịch hoặc không khí bám lên bề mặt sợi cũng
đủ làm thay đổi đáng kể điện trở của sợi - tính siêu nhạy của bộ kít.
Vì bộ kít hoạt động thông qua sự đo đạc trực tiếp, liên tục của điện trở, cho phép các phân
tích được phát hiện nhanh (trong khoảng vài giây đến phút) - tính siêu nhanh của bộ kít sợi
nano.
Vì các cặp mồi sinh học được thiết kế để sử dụng có tính kết cặp siêu chọn lọc, cho phép
cảm biến có độ chọn lọc rất cao với chất cần phát hiện - tính chọn lọc đặc trưng rất cao
của cảm biến. Tính kết cặp siêu chọn lọc của các cặp mồi sinh học là một tính chất kì bí,
nhưng tuyệt vời của tự nhiên, cho phép phân biệt từng cá thể riêng biệt trong một quần thể
cực phức tạp, phong phú. Ví dụ trong khi trái đất có trên 6 tỉ người với từng ấy phân tử
DNA khác biệt, nhưng một phân tử DNA sẽ chỉ kết cặp duy nhất với một DNA khác được
thiết kế tương thích. Hoặc nếu receptor là một kháng nguyên đã được thiết kế sẵn, thì kháng
nguyên này chỉ bắt cặp với một kháng thể duy nhất với kháng nguyên đó.
Một bộ kít sinh học có thể được chế tạo bao gồm nhiều sợi nano (array of nanowire) mà mỗi
sợi được gắn kết với một mồi sinh học đặc trưng. Cảm biến như thế cho phép phát hiện
đồng thời, cùng lúc nhiều loại phân tử sinh học khác nhau (simultaneous and multiplex
detections), điều này nâng cao khả năng làm việc cũng như tính chính xác của phép phân

tích - tính đồng bộ và đa dạng của bộ kít sợi nano (Hình 2d).

Hình 3: Sử dụng bộ kít sợi nano để phát hiện biomarker loại PSA trong máu người để chẩn đoán
ung thư tiền liệt tuyến [23-25].
Trong thời gian qua một nhóm nghiên cứu của Đại học Havard, đã chế tạo thành công bộ kít nano
dựa trên các cấu trúc sợi nano silic [18-25]. Thiết bị của nhóm nghiên cứu này có khả năng phát
hiện nhanh (trong vài giây) và siêu nhạy (ở nồng độ fM) một số phân tử sinh học như protein (ứng
dụng phát hiện ung thư, virut) và DNA ngoại lai (phát hiện bệnh Cystic fibrosis, một bệnh về sai
hỏng gen trong trẻ sơ sinh) [18-25]. Hình 3 trình bày kết quả phát hiện biomarkers loại PSA để
chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến. Trong ví dụ này, nồng độ PSA được phát hiện ở nồng độ nhỏ nhất
là 0.9 ng/ml, tức là nhạy hơn các phương pháp truyền thống hàng nghìn lần. Hơn nữa PSA được đo
trực tiếp từ máu của bệnh nhân, không cần qua bước chuẩn bị mẫu, như thế rút ngắn đáng kể thời
gian phân tích.

11


(d)

(e)

(f)
Hình 4: Nguyên lí hoạt động của bộ kít thanh nano. (a-c) Các cấu trúc hay được dùng của thanh
dao động nano. (d) Các mồi sinh học là các receptors (ví dụ kháng thể) được thụ động hóa trên bề
mặt thanh nano cho phép giữ lại các chất cần phân tích tương ứng với mồi sinh học đã được thụ
động hóa trên thanh nano (virut đặc hiệu với kháng thể trong hình minh họa). Mỗi thanh nano
được thụ động hóa với các receptor khác nhau, cho phép cùng lúc định lượng nhiều biomarkers
khác nhau, nâng cao độ chính xác của phép chẩn đoán. (e) Sự kết cặp làm tăng khối lượng của
thanh, dẫn đến thay đổi tần số dao động của thanh nano và được ghi nhận qua nhiều cách đo khác
nhau như cầu điện trở, điện dung, hay phương pháp quang học (f)[33-44].

Trong khi đó trong thời gian rất gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Yale và
Harvard của Mỹ chế tạo bộ kít nano sinh học sợi nano và kết hợp với các kênh dẫn chất lỏng micro
(microfluisics), cho phép phát hiện trực tiếp các biomarkers PSA va CA-15.3 để chẩn đoán ung thư
tiền liệt tuyến và ung thư vú [65]. Các ví dụ phong phú và đa dạng của việc sử dụng bộ kít sợi nano
sinh học để phát hiện các biomarkers được công bố trong các tài liệu tham khảo [18-32, 56-61,65 ].

12


Với những ưu việt nêu trên bộ kít nano sinh học dựa trên cấu trúc sợi nano đã và đang được tập
trung đầu tư, nghiên cứu ở hầu hết các phòng thí nghiệm hàng đầu trên thế giới, và kì vọng trở
thành sản phẩm thương mại trong thời gian vài năm tới.
Bộ kít sinh học thanh nano (nanocantilever): Ngoài bộ kít sợi nano, bộ kít sinh học dựa trên cấu
trúc thanh nano với nhiều ưu việt trong phát hiện sinh học sẽ được nghiên cứu và chế tạo trong đề
xuất này. Công nghệ chế tạo, nguyên lí làm việc và các ứng dụng ưu việt của loại linh kiện thanh
nano được trình bày chi tiết trong nhiều bài báo [33-44,54], nhưng điển hình nhất là trong bài báo
tổng hợp của tác giả Philip S. Waggoner và Harold G. Craighead [39](Micro-and nanomechanical
sensors for environmental, chemical, and biological detection; Lab Chip, 2007, 7, 1238–1255).
Nguyên lí làm việc của bộ kít thanh nano được mô tả trong hình minh họa số 4, và có thể được
trình bày ngắn gọn như sau:
Thanh dao động nano ( Hình 4a) có tần số dao động được tính theo công thức đơn giản hóa sau
f res =

0.32 k
m

Trong đó m=ρ.h.L.w, và k = 3 EI/L3 với ρ là khối lượng riêng của vật liệu chế tạo thanh dao động, h
là độ dày, L là chiều dài, w là chiều rộng, E là suất Young và I là moment với I = w.h3/L3. Mối liên
hệ này chỉ ra rằng tần số dao động tăng khi giảm khối lượng của thanh dao động. Vì thế các thanh
dao động nano có khối lượng m nhỏ sẽ có tần số dao động nhanh.

Khi các mồi sinh học đặc hiệu (bioreceptors) được thụ động hóa lên bề mặt thanh nano, và sau đó
bắt cặp đặc hiệu với các chất cần phân tích tương ứng (biomarkers) trong dung dịch. Sự thêm vào
này (∆m), dẫn đến thay đổi tần số dao động (∆f) của thanh nano. Và như thế, thông qua việc đo
đạc để xác định (∆f), sẽ cho biết (∆m), và qua đó phát hiện được sự có mặt của biomarkers cần
phát hiện hay không (định tính) cũng như nồng độ của chất cần phân tích (định lượng). Sự thay đổi
của tần số dao động của thanh phụ thuộc vào khối lượng thanh cũng có thể được tính theo công
thức đơn giản hóa sau:
∆f = fres ∆m /2m
Trong đó fres là tần số dao động cơ bản của thanh nano, mo là khối lượng ban đầu của thanh.
Phương trình này cho thấy việc sử dụng công nghệ nano để chế tạo các thanh dao động với kích
thước siêu nano (có fres lớn) sẽ cho phép phát hiện các thay đổi khối lượng ∆m siêu nhỏ cỡ khi có
cùng ∆f, tức là nâng cao độ nhạy của bộ kít dựa trên cấu trúc này.
Cho đến ngày hôm nay, nhiều thế hệ cảm biến thanh nano đã được chế tạo và sử dụng để phát hiện
các chất sinh học quan trọng như DNA, virut, các chất chỉ thị ung thư. Nhóm nghiên cứu của giáo
sư Craighead ở ĐH Cornell đã chế tạo các thanh dao dồng nano cho độ nhạy đến mức attô gram
(10-15 gam) [35, 39]. Gần đây nhóm nghiên cứu của giáo sư Javier Tomayor thuộc viện nghiên cứu
vi điện tử Madrid, Tây Ban Nha (và là một trong các nhóm nghiên cứu sẽ có hợp tác với Phòng Thí
Nghiệm Công Nghệ Nano để thực hiện đề tài này) đã cải tiến cấu trúc của thanh dao động nano, sử
dụng trong việc phân tích đột biến gen, và bộ cảm biến thanh nano của nhóm đã có khả năng phát
hiện sự khác biệt đến từng cặp phân tử DNA trong đơn chuỗi DNA [42-44]. Do có sự kết hợp của
thanh nano với các phần tử sinh học, do đó bộ kít được gọi là bộ kít sinh học thanh nano. Ở trong
sự kết hợp này, việc sử dụng thanh nano có kích thước siêu nhỏ do đó có tần số dao động đặc biệt
nhạy với sự thay đổi của các phần tử sinh học bám lên nó thông qua kết cặp receptor/biomarker
giúp tăng độ nhạy của bộ kít. Ngoài ra bộ kít đạt được độ đặc hiệu cao trong phân tích nhờ sự sử
dụng các cặp mồi sinh học receptor/biomarkers với tích kết cặp siêu chọn lọc tự nhiên (trang 11).
Các kết quả nghiên cứu trong thời gian qua chứng minh rằng hai bộ kít sợi nano và thanh dao động
nano có các khả năng phát hiện nhanh, đồng thời các biomarkers ở nồng độ siêu nhỏ. Khả năng này

13

các thiết bị phân tích truyền thống hiện nay không có được. Các khả năng phân tích của hai bộ kít
này mở ra các ứng dụng hoàn toàn mới trong nhiều ngành khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực phát
hiện các biomarkers để chẩn đoán chính xác ung thư.
Trong nước (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lãnh vực nghiên cứu của
đề tài, đặc biệt phải nêu cụ thể được những kết quả KH&CN liên quan đến đề tài mà các cán bộ
tham gia đề tài đã thực hiện. Nếu có các đề tài cùng bản chất đã và đang được thực hiện ở cấp
khác, nơi khác thì phải giải trình rõ các nội dung kỹ thuật liên quan đến đề tài này; Nếu phát hiện
có đề tài đang tiến hành mà đề tài này có thể phối hợp nghiên cứu được thì cần ghi rõ Tên đề tài,
Tên Chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì đề tài đó)
Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano trong nước trong y học, đặc biệt là điều trị và chẩn
đoán ung thư: Nhận thức được tiềm năng to lớn và ưu việt mà công nghệ nano hứa hẹn mang lại,
trong vài năm gần đây Chính Phủ đã và đang đầu tư các cơ sở vật chất và con người, tạo điều kiện
cho các nhà khoa học Việt Nam tiếp cận, tìm hiểu và triển khai nhiều nghiên cứu cơ bản và ứng
dụng của công nghệ nano. Ví dụ các trung tâm nghiên cứu và phòng thí nghiệm trọng điểm về công
nghệ nano đã và đang được xây dựng trong toàn quốc như Viện ITIMS (ĐHBK Hà nội), Trung tâm
nghiên cứu công nghệ cao Tp.HCM, Viện khoa học vật liệu (Trung Tâm Khoa Học và Công Nghệ
Quốc Gia), và gần đây là Phòng thí nghiệm công nghệ nano thuộc ĐHCN, ĐHQG Hà nội, và Viện
Tiên Tiến (ĐHBK Hà nội). Ngoài ra các đơn vị Quân đội như Học viện kĩ thuật quân sự, Bệnh viện
108, Trung tâm nghiên cứu ứng dụng sinh y dược học thuộc Học viện Quân Y … cũng tiến hành
các nghiên cứu để áp dụng công nghệ nano trong y sinh. Với sự đầu tư của Nhà nước nói trên, các
nhóm nghiên cứu và chế tạo nhiều loại vật liệu và linh kiện có cấu trúc nano khác nhau cho các ứng
dụng khá đa dạng.
Đối với mục đích chế tạo vật liệu nano phục vụ điều trị bệnh, Viện khoa học vật liệu, Viên khoa
học và công nghệ Việt Nam đã chế tạo thành công hạt nano từ dùng để đốt từ nhằm tiêu diệt tế bào
ung thư. Nhóm nghiên cứu ung thư thực nghiệm, Khoa Sinh học , ĐHKHTN Hà Nội trong 20 năm
qua đã gây tạo thành công các mô hình UTTN sarcoma 180 dạng lỏng (ascites), dạng đặc (solid) và
dạng tế bào ung thư rời nuôi cấy in vitro, đã thử sàng lọc được 50 chế phẩm tự nhiên và tổng hợp
của Việt Nam . Những kết quả nghiên cứu này đã góp phần cho ra đời 3 loại thuốc hỗ trợ điều trị
ung thư là: GACAVIT (VINAGA) của Bệnh viện TW quân đội 108, ASLEM của Trường Đại học

Dược Hà nội, và PANACRIN của Viện dược liệu TW, CISPLATIN do Công ty Cổ phần Dược
TW. MEDIPLANTEX sản xuất trong năm 2007. Về hiệu ứng đốt từ của chất lỏng từ ứng dụng cho
nhiệt trị ung thư được thực hiện bởi tập thể khoa học của GS. Nguyễn Xuân Phúc (Viện KH vật
liệu) kết hợp với Tập thể KH của PGS. Trần Công Yên và PGS. Nguyễn thị Quỳ (ĐH KHTN Hà
Nội). Nhóm nghiên cứu của GS. TSKH Nguyễn Xuân Phúc cũng đang tiến hành chức năng hoá bề
mặt các hạt nano từ nhằm chẩn đoán bệnh viêm gan B, chẩn đoán trước sinh và cải thiện độ nhạy
và thời gian của phương pháp ELISA và PCR v.v… Và rất gần đây Công ty cổ phần Dược
Danapha đã khởi công xây dựng nhà máy sản xuất thuốc theo công nghệ Nanopharmaceutical, một
trong những công nghệ sản xuất dược phẩm tiên tiến nhất hiện nay trên thế giới, được chuyển giao
từ đối tác AQP của Hoa Kỳ. Tuy chưa sản xuất thuốc chữa trị ung thư trong giai đoạn đầu, nhưng
các sản phẩm thuốc dựa trên cấu trúc hạt nano và liposome của nhà máy này có thể tạo ra một xu
hướng mới trong việc sử dụng các sản dược phẩm nano, tạo đà phát triển cho lĩnh vực thực sự còn
rất mới này [74].
Nano ứng dụng trong chẩn đoán bệnh: hướng nghiên cứu và ứng dụng của vật liệu nano trong y
sinh trong vài năm lại đây cũng đã được một số tập thể nghiên cứu quan tâm. Về hạt từ nano ứng
dụng đính kháng nguyên kháng thể có nhóm của TS. Nguyễn Hoàng Hải, ĐH KHTN Hà Nội và
nhóm của TS. Nguyễn Chánh Khê, Khu công nghệ cao Tp Hồ Chí Minh. Hạt từ nano để nâng cao
chất lượng ảnh chụp các tế bào ung thư được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu của PGS. Trần Hoàng
Hải và PGS. Lê Quốc Minh. Tuy nhiên, chỉ một vài nhóm nghiên cứu (GS Nguyễn Đức Chiến,
PGS. Nguyễn Văn Hiếu, Tiến sĩ Mai Anh Tuấn) là tập trung nghiên cứu của mình trong việc tổng

14


hợp, chế tạo và ứng dụng của cảm biến sợi nano để phát hiện các phần tử sinh học, ứng dụng trong
lĩnh vực y tế. Ví dụ trong thời gian gần đây nhóm nghiên cứu của GS Nguyễn Đức Chiến, TS. Mai
Anh Tuấn và PSG Nguyễn Văn Hiếu (ITIMS, ĐHBK HN) đã tổng hợp được các sợi polymer dẫn,
sử dụng để phát hiện virut và phân tử DNA [75-78]. Tuy vậy, theo các cập nhật mới nhất của nhóm
tác giả, do nhiều yếu tố khác nhau, chưa một nhóm nghiên cứu nào ở trong nước triển khai việc
chế tạo các bộ kít sinh học dựa trên cấu trúc sợi nano để phát hiện các chỉ thị sinh học, dùng để

chẩn đoán ung thư.
Hơn nữa cho đến thời điểm này, có thể do các hạn chế về phương tiện và công nghệ chế tạo, cũng
chưa có nhóm nghiên cứu nào triển khai các nghiên cứu về chế tạo và ứng dụng của bộ kít sinh học
dựa trên cấu trúc thanh dao động nano. Trong lĩnh vực này, các nhóm nghiên cứu mới chỉ dừng ở
mức độ mô phỏng và tính toán lí thuyết (PGS Nguyễn Văn Hiếu, ĐHTN, ĐHQG Tp.HCM), hoặc
mới chỉ dừng ở mức độ chế tạo các thanh dao động có kích thước lớn cỡ micro (PGS Vũ Ngọc
Hùng, ITIMS, ĐHBK HN). Do đó có thể nói rằng nghiên cứu chế tạo của cả hai bộ kít nano sinh
học dựa trên cấu trúc sợi nano và thanh nano và ứng dụng của chúng trong y học, đặc biệt là
trong phát hiện các biomarkers để chẩn đoán ung thư, gần như chưa được nghiên cứu nhiều ở
trong nước.
Gần đây, ĐHQG TP. HCM đã được nhà nước đầu tư xây dựng Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ
Nano (PTN CNNN) với kinh phí 4,5 triệu USD. Với cơ sở vật chất và trang thiết bị hiện đại, đồng
bộ, Phòng thí nghiệm trọng điểm này cải thiện đáng kể về điều kiện và khả năng nghiên cứu công
nghệ nano, cho phép các nhà khoa học trong nước có khả năng nghiên cứu về công nghệ nano một
đồng bộ, mở ra khả năng đưa nhanh các ứng dụng ưu việt của công nghệ nano vào phục vụ cuộc
sống trong thời gian ngắn.

Bộ kít sinh học sợi nano: Từ năm 2006, PTN CNNN đã khởi động giai đoạn 1 của Dự án
“Nghiên cứu quy trình công nghệ, chế tạo cảm biến nano sinh học để phát hiện nhanh lượng
glucose trong máu” (với đề tài NCKH cấp trọng điểm ĐHQG năm 2006 “Nghiên cứu chế tạo sợi
Nano Platin dùng cho phân tích thử nghiệm glucoza trong máu”). Tiếp theo đó, PTN CNNN được
Bộ KHCN giao thực hiện đề tài cấp trọng điểm Quốc gia (Nghiên cứu chế tạo cảm biến nano sinh
học đế chẩn đoán và định lượng một số hợp chất sinh học- Mã số: KC.04.12/06-10). Quá trình thực
hiện 02 đề tài nói trên là một dịp quí báu để PTN CNNN xây dựng được nhóm nghiên cứu với trên
10 thành viên có chuyên môn trong các chuyên ngành khác nhau như vật lý, hóa học, vật liệu nano,
chế tạo nano, điện tử, và y sinh học. Sự kết hợp đa dạng các kiến thức chuyên môn này trong một
nhóm nghiên cứu, cho phép nhóm làm chủ các công nghệ chế tạo nano chủ chốt, chế tạo thành công
các sợi nano kim loại platin (Pt) và bán dẫn silic (Si) ở quy mô cả phiến và với giá thành hợp lí, sử
dụng làm bộ kít nano sinh học. Các kết quả nghiên cứu đạt được trong thời gian qua là rất khả quan
như:

Nghiên cứu, đưa ra được quy trình công nghệ chế tạo mới DEA (Deposition and Etching
under Angles) chỉ sử dụng các kĩ thuật truyền thống của công nghệ micro (với chi phí chế
tạo thấp) chế tạo thành công sợi nano Pt và Si có kích thước chiều ngang sợi từ 30 - 40 nm,
có chiều dài lên đến nhiều mm, có tính chất vật lí (tính chất điện và các thông số bề mặt) tốt,
các đơn sợi đều có điện cực nối ra mạch ngoài, phù hợp và sẵn sàng cho ứng dụng làm bộ
kít nano sinh học (Hình 5a).
Quy trình công nghệ DEA để chế tạo các sợi nano do nhóm nghiên cứu đưa ra là hoàn toàn
mới, không lặp lại hay trùng lắp với các công nghệ do các nhóm nghiên cứu khác trên thế
giới đưa ra, và kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học quốc tế chuyên
ngành như Nanoletters (Imfact factor = 10), Applied Physics Letters (Imfact factor = 3.6)
[26-32].
Các sợi nano chế tạo ra được sử dụng làm các bộ kít nano sinh học, phát hiện và định lượng
thành công được hàm lượng đường trong máu của bệnh nhân tiểu đường, oàn thành nhiệm

15


vụ chính của đề tài KC.04.12/06-10 (Hình 5 b). Hiện nay PTN CNNN đang tập trung để
hoàn thành các bước công nghệ cuối cùng, tiến tới chế tạo thiết bị đo tiểu đường trong nước
cũng như chuẩn bị công bố các kết quả nghiên cứu trên các tạp chí khoa học quốc tế có uy
tín cao [30].

(a)

(b)
Hình 5: Các kết quả mà PTN CNNN đạt được trong lĩnh vực chế tạo bộ kít sinh học sợi nano. (a)
chip chứa nhiều sợi nano Pt, thích hợp cho việc xây dựng bộ kít phát hiện đồng thời nhiều thành
phần sinh học. Mỗi đơn sợi nano Pt trên chíp có kích thước ngang 40 nm với bề mặt mịn, các đơn
sợi đều có các điện cực kết nối ra mạch ngoài. (b) Các enzyme GOX được thụ động hóa lên trên
bề mặt sợi nano Pt, tạo ra bộ kít sợi nano Pt, dùng để định lượng hàm lượng glucose trong máu

bệnh nhân tiểu đường. Đồ thị chỉ mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ glucose trong máu người
với dòng điện đo đạc [30-32].

16


Tuy nhiên do thời gian có hạn của việc thực hiện đề tài KC04.12/06-10, các thí nghiệm để phát hiện
các hợp chất sinh học như DNA và nhiều chất sinh học khác có tính ứng dụng cao hơn như protein
(phần lớn các biomarkers dùng làm chỉ thị bệnh là các protein), virút, kháng nguyên, kháng thể
v.v… chưa được tiến hành. Do đó việc thực hiện đề tài này, trước hết giúp PTN CNNN và các đơn
vị phối hợp có điều kiện hoàn thiện trọn vẹn quy trình và công nghệ chế tạo sợi bán dẫn silic, một
trong các loại sợi nano có nhiều ứng dụng nhất trong nhiều ngành khoa học, đặc biệt là ngành chế
tạo cảm biến nano sinh học. Sau đó thực hiện các bước nghiên cứu tiếp theo để chế tạo một bộ kít
nano sinh học sợi nano silic hoàn chỉnh, sử dụng trong việc định lượng nhanh 04 biomarkers là
Alpha-fetoprotein (AFP), AFP-L3, Des-gamma-carboxyprothrombin (DCP), và Golgi protein
(GP73) ở nồng độ siêu nhỏ 50-100 fM trong máu, phục vụ việc chẩn đoán nhanh, chính xác ung
thư gan [1-16]. Nghiên cứu, chế tạo bộ kít sinh học sợi nano, dùng để định lượng nhanh, đồng
thời, ở nồng độ siêu nhỏ fM các biomarker AFP, AFP-L3, DCP, và GP73, phục vụ chẩn đoán
ung thư gan được xác định là trọng tâm nghiên cứu và là sản phẩm chính của đề tài.

Bộ kít sinh học thanh dao động nano: Như đã trình bày ở phần trên, bộ kít nano dựa trên cấu
trúc thanh dao động nano cũng cho phép định lượng các phần tử sinh học ở nồng độ siêu nhỏ [3344] do đó cũng có khả năng lớn trong việc chẩn đoán các biomarker, phục vụ việc chẩn đoán ung
thư gan. Hơn nữa vì việc chẩn đoán ung thư gan yêu cầu phân tích định tính và định lượng nhiều
biomarker [1-16], do đó việc có thanh dao động nano sẽ làm phong phú thêm khả năng phân tích.
Ngoài ra, việc sử dụng cả hai bộ kít là sợi nano và thanh dao động nano để cùng phân tích một mẫu
máu, sẽ cho phép so sánh, kiểm chứng kết quả phân tích, giúp nâng cao rất nhiều độ chính xác của
phép chẩn đoán ung thư gan, thậm chí cho phép chẩn đoán trong thời kì tiền nhiễm bệnh. Do đó
nghiên cứu, chế tạo bộ kít nano sinh học dựa trên cấu trúc thanh dao động nano dùng để định
lượng nhanh các biomarkers AFP, AFP-L3, DCP, và GP73, phục vụ chẩn đoán ung thư gan sẽ
là trọng tâm nghiên cứu thứ hai của đề tài này.

15.2 Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của Đề tài
(Trên cơ sở đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, phân tích những công trình nghiên
cứu có liên quan, những kết quả mới nhất trong lãnh vực nghiên cứu đề tài, đánh giá những khác
biệt về trình độ KH&CN trong nước và thế giới, những vấn đề đã được giải quyết, cần nêu rõ
những vấn đề còn tồn tại, chỉ ra những hạn chế cụ thể, từ đó nêu được hướng giải quyết mới - luận
giải và cụ thể hoá mục tiêu đặt ra của đề tài và những nội dung cần thực hiện trong Đề tài để đạt
được mục tiêu)
a. Ung thư gan và nhu cầu phát triển bộ kít nano thế hệ mới để
chẩn đoán nhanh, chính xác ung thư gan
Ung thư gan là một trong năm loại ung thư gây tử vong cao nhất trên toàn thế giới với hơn 653.000
ca tử vong mỗi năm (WHO, 2007). Tỷ lệ phát bệnh cao ở vùng Châu Á và Châu Phi, tuổi trung niên
và nam giới thường mắc bệnh cao hơn. Ở châu Á, nơi có tỉ lệ mắc viêm gan B khá cao, ung thư gan
đặc biệt phổ biến. Việt Nam được coi là một trong các quốc gia có tỷ lệ mắc ung thư gan cao nhất
thế giới, với trên 10000 ca mắc mới mỗi năm. Hiện nay, ung thư gan được chia làm 2 loại dựa vào
nơi xuất hiện ung thư đầu tiên của cơ thể: ung thư gan thứ phát hay ung thư tế bào gan nguyên phát.
Ung thư gan thứ phát: Là ung thư xuất phát từ tế bào của các phần khác của cơ thể lan đến gan.
Ung thư gan thứ phát có thể từ: ung thư đường tiêu hóa, vú, phổi, ung thư tủy… Tùy theo cơ quan
nào di căn đến gan mà gọi tên, ví dụ từ ung thư phổi thì gọi là ung thư gan thứ phát do di căn từ ung
thư phổi.
Ung thư tế bào gan nguyên phát (hepatocellular carcinoma -HCC): Trên 80% ung thư gan là ung
thư tế bào gan nguyên phát. Ung thư tế bào gan nguyên phát là ung thư xuất phát từ gan. Nó còn

17


được gọi là ung thư gan nguyên phát hoặc ung thư gan. Gan được cấu tạo từ nhiều loại tế bào khác
nhau (ví dụ tế bào ống mật, mạch máu và những tế bào dự trữ mỡ). Tuy nhiên, 80 % mô gan là do
tế bào gan tạo nên. Vì vậy, ung thư gan nguyên phát chủ yếu (>90 – 95 %) xuất phát từ tế bào gan
và được gọi là ung thư tế bào gan hoặc carcinoma. Ung thư này xảy ra ở nam gấp đôi nữ và thường

gặp ở tuổi trên 50. Hiện nay khoa học chưa biết chính xác nguyên nhân HCC nhưng viêm gan do
siêu vi mãn tính và xơ gan là yếu tố nguy cơ HCC, trong đó xơ gan chiếm 80% trường hợp HCC.
Dạng khác của ung thư gan là ung thư đường mật. Đây là ung thư xuất phát từ ống dẫn mật và
nguyên nhân là do viêm xơ chai đường mật nguyên phát. Ung thư đường mật có thể do nhiễm ký
sinh trùng, chẳng hạn như sán lá nhỏ. Ung thư này phát triển theo đường dẫn mật, rất khó thấy trên
phim X quang.
Nguyên nhân chính gây ung thư gan: Cho đến nay “nguyên nhân chính gây ra ung thư gan” vẫn
còn là câu hỏi chưa được trả lời rõ ràng và nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm tìm ra câu
trả lời chính xác trong thời gian tới. Hiện nay các nhà khoa học chỉ có thể xác định một số nguy cơ
sau đây có thể dẫn đến HCC là: viêm gan siêu vi B, viêm gan siêu vi C, uống rượu kéo dài dẫn tới
xơ gan (sau đó là HCC), do Aflatoxin B1, thuốc và hóa chất, bệnh ứ sắt và xơ gan v.v… Tỷ lệ
nhiễm HBV (siêu vi B) trên thế giới là 2 tỷ người (WHO, 2008) trong đó 350 triệu người mắc bệnh
mãn tính và 25% trong số người mắc bệnh mãn tính ngay từ nhỏ sẽ chết vì ung thư gan hay xơ gan.
Việt Nam có tỷ lệ người nhiễm HBV cao thứ 2 trên thế giới. Theo các nghiên cứu của Bộ Y Tế, ước
tính tỷ lệ người mang HBsAg mãn tính vào khoảng 15 % - 20 % dân số (12 - 16 triệu người).
Trong khi đó ước tính 3 % dân số toàn thế giới nhiễm HCV (siêu vi C). Tại Việt Nam, tỷ lệ người
nhiễm HCV vào khoảng 1,8 – 4 % dân số, khoảng 193.100 người đã chết do siêu vi C trong 10 năm
gần đây, trong đó có 165.900 người chết do viêm gan mãn tính, và các biến chứng của viêm gan, và
27.000 người chết do ung thư gan.
Các phương pháp hiện đang dùng để phát hiện ung thư gan hiện nay: Mặc dù có nhiều tiến bộ
của y học và kĩ thuật phân tích nhưng cho đến nay chưa có 1 kỹ thuật nào hoàn hảo để có thể chẩn
đoán được sớm và đúng của 1 trường hợp u gan, hay ung thư tế bào gan. Đôi khi phải vận dụng
uyển chuyển, kết hợp nhiều kỹ thuật vào từng tình huống cụ thể mới có thể chẩn đoán được [3-15].
Các kỹ thuật riêng lẻ càng có độ nhạy và đặc hiệu càng cao sẽ giúp cho việc phối hợp chẩn đoán
ngày càng hiệu quả.
Hiện nay, có nhiều phương pháp để chẩn đoán 1 trường hợp ung thư gan và có thể chia thành 2
nhóm:
Nhóm 1: Nhóm chẩn đoán hình ảnh như: siêu âm, CT, MRI, giải phẩu bệnh…
Nhóm 2: Nhóm các xét nghiệm để chẩn đoán 1 u gan như: nhóm xét nghiệm chức năng
gan, nhóm xét nghiệm nguyên nhân gây bệnh gan và nhóm xét nghiệm máu để tìm dấu ấn

ung thư (cancer biomarkers). Trong đó, nhóm xét nghiệm tìm các dấu ấn ung thư trong
máu đang rất được quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây vì trong phương pháp này
không cần đến thiết bị chuyên dụng, đắt tiền như CT và MRI, và cũng không phải thực hiện
các kĩ thuật giải phẫu bệnh.
Với số lượng bệnh nhân rất lớn đang cần phải phân tích mẫu phẩm thường xuyên để phục vụ công
đoạn điều trị, cộng với khoảng trên 10000 ca mắc mới mỗi năm, thêm vào đó là số lượng khổng lồ
trên 10 triệu người bị nhiễm siêu vi B và siêu vi C (là những đối tượng có khả năng bị ung thư gan
cao, cần được đi khám định kì) đang tạo ra một nhu cầu rất lớn về phân tích kiểm tra các chỉ thị
ung thư gan trong máu để chẩn đoán sớm và điều trị ung thư gan. Nhưng đến thời điểm này, có thể
nói rằng tất cả các cơ sở khám và chữa bệnh trong nước hiện đang phải sử dụng các thiết bị, máy
móc và công nghệ nhập ngoại để thực thi các công việc này. Việc không làm chủ được công nghệ
nguồn, không chế tạo được các bộ KÍT để phân tích định tính và định lượng các chỉ thị sinh học của
ung thư gan đã và đang hạn chế rất nhiều đến khả năng chẩn đoán sớm và điều trị ung thư gan. Do
đó, việc nghiên cứu, làm chủ công nghệ, chế tạo thành công hai bộ kít nano sinh học phục vụ cho

18


việc phát hiện với độ nhạy cao các chỉ thị ung thư gan, phục vụ chẩn đoán ung thư gan với độ
chính xác cao là hết sức cần thiết, và vì thế được xác định là đối tượng nghiên cứu chính của đề
tài nghiên cứu này.
b. Các biomarker and receptor được chọn để sử dụng cho việc
chẩn đoán ung thư gan trong đề tài này
Hiện nay, có trên 60 biomarker được dùng cho việc phát hiện ung thư gan. Các marker này được
chia làm 4 nhóm chính: markers đối với mô (Tissue markers), markers đối với huyết thanh (Serum
markers), markers đối với tế bào ung bướu (Tumor cell markers) và markers đối với những yếu tố
do di truyền (Genetic markers). Tuy nhiên, cách phân nhóm này chỉ mang tính tương đối vì một vài
marker có thể thuộc nhiều nhóm khá nhau [15]. Trong đó, nhóm xét nghiệm tìm các biomarkers là
một hướng đang rất được quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây vì trong phương pháp này
không cần đến thiết bị chuyên dụng, đắt tiền như CT và MRI, và cũng không phải thực hiện các kĩ

thuật phức tạp của giải phẫu bệnh, nhưng vẫn cho kết quả chẩn đoán với độ chính xác cao. Do đó
nhóm tác giả sẽ sử dụng hai bộ kít nano chế tạo ra để phát hiện các biomarkers trong huyết thanh,
phục vụ chẩn đoán ung thư trong đề tài này.
Các biomarkers cần phát hiện trong huyết thanh để chẩn đoán ung thư gan: Nhóm này có trên
40 marker, gồm các marker như AFP, AFP-L3, DCP, GP73, Iso-γGTP, α1-Antitrypsin, α1-Acid
glycoprotein, Osteopontin, Aldolase A, CK18, CK19, TPA, TPS, α-Fucosyl-transferase, α-Lfucosidase, Transforming growth factor β1, Anti-p53 antibody, Interleukin 8, Interleukin 6,
Neurotensin v.v…[1-16]. Trong đó, AFP là marker được sử dụng phổ biến trong việc phát hiện ung
thư gan, và các marker khác thường phải kết hợp với marker AFP để nâng cao độ tin cậy của kết
quả phân tích và chẩn đoán. Trong nhóm này, đáng chú ý là 4 biomarker AFP, AFP-L3, DCP và
GP73 [15]. Các thông tin cơ bản về các biomarker này cùng với các receptor tương ứng của chúng
sẽ được trình bày ngắn gọn trong phần dưới dây:
(1) Biomarker Alpha-fetoprotein (AFP) [5,7, 11, 15, 16]: AFP là một glycoprotein gồm 591 aa
và một nửa hydrocarbon, được mã hóa bởi AFP gene. Trong cấu trúc của protein AFP có
một vùng peptide hoạt động mang tính chất như một kháng nguyên ung thư (anti-cancer),
viết tắt là AFPep. AFPep gồm 9 aa (từ aa 472- 479 được ký hiệu là EKTOVNOGN ) với
trong lượng 969 Daltons. AFPep có khả năng liên kết với một protein sốc nhiệt Hsp72 (heat
shock protein Hsp72), do đó, có thể sử dụng protein Hsp72 làm receptor để phát hiện
biomarker AFP.
(2) Biomarker AFP-L3: AFP-L3 là một đồng phân của AFP (AFP có 3 isoform: L1, L2 và L3).
AFP-L3 còn là một marker chuyên biệt cho việc xác định ung thư ác tính (di căn) và được
xem như một marker đánh giá ung thư gan phổ biến ở khu vực Bắc Mỹ. AFP-L3 liên kết
mạnh với lectin Lens culinaris agglutinin (LCA) thông qua liên kết α1-6 fucose tại đầu cuối
của N-acetylglucosamine [13]. Protein LCA được dùng làm receptor cho biomarker AFPL3.
(3) Biomarker des-gamma-carboxyprothrombin (DCP), hay còn gọi là PIVKA II-protein
induced by vitamin K absence/antagonist-II): Marker DCP được đánh giá khá cao trong
việc phát hiện ung thư gan, theo Kim và các đồng nghiệp của ông marker DCP có độ nhạy
và tính chuyên biệt cao hơn marker AFP, cụ thể là độ nhạy 75,1 % so với 48,6 % và tính
chuyên biệt 94,8 % so với 81,3 % [2]. Ngoài ra, những nghiên cứu khác cho thấy DCP là
marker rất có tiềm năng với độ nhạy 78 % và tính chuyên biệt là 80 % [1].Tuy nhiên, nếu
kết hợp với các biomarker khác thì độ nhạy và tính chuyên biệt đều tăng. Đặc biệt là sự kết

hợp 2 marker AFP và DCP thì độ nhạy khoảng 94 % và tính chuyên biệt là 85 % [13], độ
nhạy 83.3 % và tính chuyên biệt 77.2 % [4].

19


Receptor cho biomarker DCP là kháng thể đơn dòng của DCP [15].
(4) Biomarker Golgi protein (GP73) [9,11]: GP73 là một protein màng của bộ máy Golgi.
GP73 hiện diện với mức độ cao khi bệnh ung thư gan. Receptor cho GP73 là kháng thể
đơn dòng (monoclonal anti-GP73 antibodies), và nguồn thu nhận GP73 là từ huyết thanh.
Ung thư thường có tính di căn, nên khi mắc bệnh ung thư ở các giai đoạn sau thường là ung thư của
nhiều cơ quan (vú, phổi, gan,…) do sự di căn gây ra. Do đó, có một vài biomarker là marker thông
dụng, chỉ định cho nhiều loại ung thư. Đồng thời, chưa có một marker nào là hoàn toàn đặc trưng
cho 1 loại ung thư. Do đó, việc sử dụng nhiều marker để phát hiện một loại ung thư là cần thiết. Đối
với ung thư gan, marker đặc trưng và thông dụng nhất là AFP, tuy nhiên các nghiên cứu gần đây
cho thấy những marker như AFP-L3, DCP, GP73, có ưu thế hơn bởi độ nhạy và tính chuyên biệt
cao. Do đó sau khi đã trao đổi với các chuyên gia trong nước và quốc tế về lĩnh vực này, nhóm tác
giả sẽ sử dụng hai bộ kít nano sinh học để phát hiện đồng thời 04 biomarker là AFP, AFP-L3,
DCP, GP73 (Bảng 1), ứng dụng kết quả thu được vào việc phát hiện sớm ung thư gan.
Đặc điểm chung của các biomarker được chọn nói trên là chúng đều là các protein (kháng thể
đơn dòng). Do các protein đều có nhóm chức NH2 , yếu tố này cho phép thực hiện các kĩ thuật xử lí
bề mặt để tạo các nhóm hóa học chức năng (functional groups) trên bề mặt của sợi và thanh nano.
Các nhóm hóa học chức năng này sẽ liên kết với nhóm chức NH2 để giữ các các receptor này ở trên
bề mặt sợi nano và thanh nano.
Bảng 1: Các biomarker và các receptor tương ứng của ung thư gan

Biomarker

AFP

AFP-L3

DCP

GP73

Receptor
tương ứng

Hsp72

LCA

kháng thể đơn
dòng của DCP

kháng thể đơn
dòng của GP73

Đề tài này tập trung nghiên cứu sử dụng các thiết bị hiện đại, trong môi trường phòng sạch của
Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano - ĐHQG TP.HCM (PTN CNNN), để chế tạo các bộ kít nano
sinh học dựa trên cấu trúc sợi nano và thanh dao động nano. Tiếp theo đó PTN CNNN phối hợp
cùng Bệnh Viện Ung Bướu Tp.HCM (BVUB) tiến hành các thực nghiệm và nghiên cứu để đưa ra
các quy trình sử dụng và đánh giá chất lượng của các bộ kít trong việc phân tích và định lượng các
biomarker trong huyết thanh phục vụ việc chẩn đoán nhanh, chính xác, với độ đặc hiệu cao ung thư
gan. BVUB là một trong các đơn vị lớn nhất trong nước trong lĩnh vực điều trị và chẩn đoán ung
thư, với đội ngũ bác sĩ đông đảo có chuyên môn sâu và được trang bị các thiết bị có thể nói là hiện
đại nhất trong lĩnh vực điều trị và chẩn đoán ung thư hiện nay ở Việt nam. Ngoài sự tư vấn chuyên
môn Y học và lâm sàng về ung thư gan, BVUB sẽ là nơi cung cấp các mẫu phẩm cần thiết cho
nghiên cứu đề ra ở đây. Ngoài ra một mẫu phẩm sẽ được phân tích bằng cả hai thiết bị: các thiết bị

phân tích ung thư tiêu chuẩn của BVUB và các bộ kít nano sinh học phát triển trong dự án này.
Các kết quả thu được bằng hai cách sau đó được tổng hợp, so sánh và phân tích tạo cơ sở khoa học
vững chắc để kết luận về độ chính xác và đặc hiệu của các bộ kít nano sinh học chế tạo ra. Có thể
nói rằng việc tham gia trực tiếp của BVUB trong đề tài này góp phần rất quan trọng trong cả chuyên
môn và phương tiện nghiên cứu để nhóm tác giả có thể hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu đề ra ở
mức độ tốt nhất.
Tín hiệu cần được ghi nhận và xử lí trong quá trình phân tích và định lượng các biomarker (chủ yếu

20


là các protein tích điện âm với lượng điện tích nhỏ) phục vụ chẩn đoán ung thư gan sử dụng các bộ
kit nano là rất nhỏ. Vì thế các thiết bị điện tử sử dụng để ghi nhận và xử lí tín hiệu phải có độ chính
xác rất cao, khả năng lọc các loại nhiễu tốt. Ví dụ các dòng điện chạy qua sợi nano thường có giá trị
thấp trong khoảng 50-100 nA, và hơn thế nữa phải ghi nhận được sự thay đổi khoảng 10 nA của
dòng điện khi có sự kết cặp receptor/biomarker. Ngoài ra, để đáp ứng được yêu cầu phân tích 04
biomaker cùng một lúc, các tín hiệu phải được xử lí đồng thời và đa kênh. Nhiệm vụ nghiên cứu,
thiết kế và chế tạo các thiết bị điều khiển và xử lí tín hiệu cho hai bộ kit nano sinh học trong đề tài
này sẽ được thực hiện bởi Khoa Điện Tử Viễn Thông của Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên,
ĐHQG Tp.HCM (ĐTVT). KHoa ĐTVT là khoa có truyền thống lâu đời, với đội ngũ giảng viên và
nghiên cứu viên có trình độ chuyên môn cao, nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế và chế tạo các
thiết bị điện tử y sinh, do đó Khoa có đầy đủ khả năng để thực hiện các nhiệm vụ đề ra trong đề tài
này.
Với sự tham gia kết hợp trực tiếp, chuyên sâu của ba đơn vị nghiên cứu và ứng dụng hàng đầu trong
các lĩnh vực vật liệu và chế tạo linh kiện nano ( PTN CNNN), Điện tử và điều khiển (ĐTVT), và y
học (BVUB), đề tài này tập trung nghiên cứu công nghệ để chế tạo 02 bộ kít nano sinh học dựa trên
cấu trúc sợi nano và thanh dao động nano , sau đó tiến hành các thực nghiệm và nghiên cứu để đưa
ra các quy trình sử dụng và đánh giá chất lượng của các bộ kít trong việc phân tích và định lượng
các biomarker trong huyết thanh phục vụ việc chẩn đoán nhanh, chính xác, với độ đặc hiệu cao ung
thư gan.

16

Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài đã trích dẫn khi đánh
giá tổng quan

(Tên công trình, tác giả, nơi và năm công bố, chỉ nêu những danh mục đã được trích dẫn để luận giải cho
sự cần thiết nghiên cứu đề tài)
1. Axel Schumacher et al., 2006. Microarray-based DNA methylation profiling: technology and
applications. Nucleic Acids Research, 34(2):528-542.
2. Chihiro Sekiya et al., 2005 Characteristics of the PIVKA-II found in hepatocellular carcinoma,
investigation

using

monoclonal

antibodies

MU-3

and

19B7.

International

Hepatology

Communications. Volume 2, Issue 5, Pages 277-284.

3. Di Tommaso et al., 2009. The application of markers (HSP70 GPC3 and GS) in liver biopsies is
useful for detection of hepatocellular carcinoma. PubMed, 50(4):659-61.
4. Do Young Kim et al., PIVKA-II Is a Useful Tumor Marker for Recurrent Hepatocellular Carcinoma
after Surgical Resection. Oncology. Vol. 72, Suppl. 1, 2007.
5. Gary Beale et al., 2008. AFP, PIVKAII, GP3, SCCA-1 and follisatin as surveillance biomarkers for
hepatocellular cancer in non-alcoholic and alcoholic fatty liver disease. BMC Cancer, 8:200.
6. Limin Liu et al., 2002. Frequent hypermethylation of the RASSF1A gene in prostate cancer.
Oncogene, Volume 21, Number 44, Pages 6835-6840.
7. Man Fung Yuen and Ching-Lung Lai. 2005. Serological markers of liver cancer. Clinical
Gastroenterology, Volume 19, Issue 1, Pages 91-99.
8. Mark Veugelers et al., 2000. Mutational analysis of the GPC3/GPC4 glypican gene cluster on Xq26 in

21


patients with Simpson-Golabi-Behmel syndrome: identification of loss-of-function mutations in the
GPC3 gene. Human Molecular Genetics, Vol. 9, No. 9 1321-1328.
9. JA. 2005. GP73, a resident Golgi glycoprotein, is a novel serum marker for hepatocellular carcinoma.
Hepatol. 43(6):1007-12.
10. Mingzhao Xing et al., 2004. Early Occurrence of RASSF1A Hypermethylation and Its Mutual
Exclusion with BRAF Mutation in Thyroid Tumorigenesis. American Association for Cancer
Research.
11. Steve Benowitz. 2007. Liver Cancer Biomarkers Struggling to Succeed. JNCI Journal of the National
Cancer Institute, 99(8):590-591.
12. Timothy M. Block et al., 2004. Use of targeted glycoproteomics to identify serum glycoproteins that
correlate with liver cancer in woodchucks and humans. PNAS, vol 102, no. 3, 779–784.
13. Ritsu Yamamoto et al., 2001. Lens culinaris agglutinin-reactive -fetoprotein, an alternative variant to
-fetoprotein in prenatal screening for Down's syndrome. Human Reproduction, Vol. 16, No. 11, 2438
2444.
14. Wei Cheng et al.,2008. Glypican-3-mediated oncogenesis involves the Insulin-like growth factorsignaling pathway. Carcinogenesis, 29(7): 1319–1326.

15. http:// www.aacc.org/.../LiverTumorMarkerLMPG/.../LiverTumorMarkersCh2.pdf
16. />17. P. Alivisatos, The use of nanocrystals in biological detection, Nat. Biotechnol., 22, 47, 2004.
18. L. Hood, J. R. Heath, M. E. Phelps, B. Lin, Systems biology and new technologies enable predictive
and preventative medicine, Science, 306, 640, 2004.
19. C. M. Lieber, Nanoscale Science and Technology: Building a Big Future from Small Things, MRS
Bull., 28 (7), 486, 2003.
20. Q. Qing et al., Nanowire transistor arrays for mapping neural circuits in acute brain slices," Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 107, 1882-1887 (2010).
21. Y. Cui, C. M. Lieber, Functional Nanoscale Electronic Devices Assembled Using Silicon Nanowire
Building Blocks, Science, 291, 851, 2001.
22. F. Patolsky, G. Zheng, O. Hayden, M. Lakadamyali, X. Zhuang, C. M. Lieber, Electrical detection
of single viruses, Proc. Natl. Acad. Sci., 101, 14017, 2004.
23. Gengfeng Zheng et al., Multiplexed electrical detection of cancer markers with nanowire sensor
arrays, Nature Biotechnology 23, 1294 - 1301 (2005).
24. Patolsky, B.P. Timko, G. Zheng and C.M. Lieber, Nanowire-Based Nanoelectronic Devices in the
Life Sciences, MRS Bull. 32, 142-149, 2007.
25. F. Patolsky et al., Fabrication of silicon nanowire devices for ultrasensitive, label-free, real-time

22


detection of biological and chemical species, Nat. Protocols 1, 1711-1724, 2006.
26. Hien Duy Tong et al., Simple technique for direct patterning of nanowires using a nanoslit shadowmask, Transducers 2007, 191-194, 2007.
27. Hien Duy Tong et al., Novel Top-Down Wafer-Scale Fabrication of Single Crystal Silicon
Nanowires, Nanoletter , vol. 9, No.3, pp.1015-1022, March, 2009.
28. P. Offermans and Hien Duy Tong et al., Ultra-low Power Hydrogen Sensing With Single Palladium
Nanowires, Apply Physic Letter, 2009.
29. V.J. Gadgil , Hien Duy Tong, Y. Cesa, M.L. Bennink, Fabrication of nano structures in thin
membranes with focused ion beam technology, Vol.203, No. 17-18, 2009, pp. 2436-2441.
30. Hien Duy Tong et al., Direct measurement of glucose concentrations in blood samples of diabetic

patients, submitted to Nature nanotechnology, June, 2010.
31. Pham Xuan Thanh Tung et al., Oxidation of platinum microwires surface applied in glucose
detection, accepted and to be published in Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 1 (2010).
32. Le Thi Thanh Tuyen et al., Glucose oxidase immobilization on different modified surfaces of
platinum nanowire for an application in the glucose detection, to be published in Adv. Nat. Sci.:
Nanosci. Nanotechnol. 1 (2010).
33. H. G. Craighead, Nanoelectromechanical systems, Science 290, 1532 (2000).
34. Alvarez et al., Development of nanomechanical biosensors for detection of the pesticide DDT,
Biosensors and Bioelectronics, Vol. 18, pp. 649-653 (2003).
35. B. Ilic et al., Attogram Detection Using Nanoelectromechanical Oscillators, Journal of Applied
Physics, 95, 3694-3703 (2004).
36. B. Ilic, Y. Yang, and H. G. Craighead, Virus Detection Using Nanoelectromechanical Devices",
Applied Physics Letters, 85, 2604-2606 (2004).
37. Rashid Bashir et al., Anomalous resonance in a nanomechanical biosensor, PNAS, Vol.5; 103(36):
13362–13367 (2006).
38. J.Tamayo, Nanomechanical systems: Inside track weighs in with solution, Nature Nanotechnology
2, 342 - 343 (2007).
39. Philip S. Waggoner and H.G. Craighead, Micro- and Nanomechanical Sensors for Environmental,
Chemical, and Biological Detection, Lab on a Chip, 7, 1238-1255 (2007).
40. Thomas P. Burg et al., Weighing of biomolecules, single cells and single nanoparticles in fluid,
Nature 446, 1066-1069 (2007).
41. X. Feng, R. He, P. Yang, M. Roukes, Very high frequency silicon nanowire electromechanical
resonators, Nano. Lett. 7, 1953 (2007).
42. J Mertens and Javier Tamayo et al., Label-free detection of DNA hybridization based on hydration-

23


induced tension in nucleic acid films, Nature Nanotechnology, Vol.3, pp. 301 – 307 (2008).
43. Javier Tomayor, Hien Duy Tong et al., Array of dual nanomechanical resonators for selective

biological detection, Anal. Chem., 2009, 81 (6), pp 2274–2279.
44. P.M. Kosaka and Hien Duy Tong et al., Three-dimensional optical readout of hundreds of
cantilevers, submitted to Nanotechnology, May, 2010.
45. />46. />47. Mauro Ferrari, Cancer nanotechnology: opportunities and challenges, Nature Reviews, Vol.5., 161171, 2005.
48. Tachung C. Yih et al., Nanomedicine in cancer treatment, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology,
and Medicine 1 (2005) 191– 192.
49. Robert Langer et al.,Targeted nanoparticle-aptamer bioconjugates for cancer chemotherapy in vivo,
PNAS April 18, 2006 vol. 103 no. 16 6315-6320.
50. Nathaniel G. Portney and Mihrimah Ozkan, Nano-oncology: drug delivery, imaging, and sensing,
Anal Bioanal Chem (2006) 384: 620–630.
51. Lyndon Gommersall et al., Nanotechnology and Its Relevance to the Urologist, Eeuropean urology
52, 2007, 368–375.
52. Niranjan S. Ramgir et al., Voltammetric Detection of Cancer Biomarkers Exemplified by
Interleukin-10 and Osteopontin with Silica Nanowires, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13981-13987.
53. Amy Pope-Harman et al., Biomedical Nanotechnology for Cancer, Med Clin N Am 91 (2007) 899–
927.
54. SARAH E. CROSS et al., Nanomechanical analysis of cells from cancer patients, Nature
Nanotechnology, Vol.2, 2007, 780- 783.
55. Dan Peer et al., Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy, Nature Nanotechnology,
Vol.2, 2007, 751-760.
56. Kelly Y. Kim Nanotechnology platforms and physiological challenges for cancer therapeutics,
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 3 (2007) 103–110.
57. Gang Peng et al., Diagnosing lung cancer in exhaled breath using gold nanoparticles, Nature
nanotechnology, Vol. 4, October 2009, pp. 669-673.
58. Hyun-Seung Lee et al., Electrical detection of VEGFs for cancer diagnoses using anti-vascular
endotherial growth factor aptamer-modified Si nanowire FETs,, Biosensors and Bioelectronics 24
(2009) 1801–1805.
59. Chi-Chang Wu et al., Label-free biosensing of a gene mutation using a silicon nanowire fieldeffect transistor, Biosensors and Bioelectronics 25 (2009) 820–825.

24

60. Guo-Jun Zhang et al., Label-free direct detection of MiRNAs with silicon nanowire biosensors,
Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 2504–2508.
61. Guo-Jun Zhang et al., Silicon nanowire biosensor for highly sensitive and rapid detection of Dengue
virus, Sensors and Actuators B 146 (2010) 138–144.
62. Mark E. Davis et al., Evidence of RNAi in humans from systemically administered siRNA via
targeted nanoparticles, Nature 464, 1067-1070 (15 April 2010.
63. Young-Eun Choi et al., Nanotechnology for Early Cancer Detection, Sensors 2010, 10, 428-455.
64. Sung You Hong et al., Filled and glycosylated carbon nanotubes for in vivo radioemitter localization and
imaging, Nature Materials 9, 485-490, 16 may, 2010.
65. Eric Stern et al., Label-free biomarker detection from whole blood, Nature Nanotechnology, Volume
5, Issue 2, pp. 138-142 (2010).
66. Ralph J. Passarella et al, Targeted Nanoparticles That Deliver a Sustained, Specific Release of
Paclitaxel to Irradiated Tumors,., Cancer Res June 1, 2010 70; 4550.
67. Kenneth E. Scarberry et al., Selective removal of ovarian cancer cells from human ascites fluid
using magnetic nanoparticles Nanomedicine, Volume 6, Issue 3, Pages 399-408 (June 2010).
68. G Peng et al., Detection of lung, breast, colorectal, and prostate cancers from exhaled breath using a
single array of nanosensors, Br J Cancer. 2010 July 20.
69. />70. Hien Duy Tong et al., Wafer-scale Encapsulated 2 Dimensional Nanochannels and Its Application
toward Visualization of Single Molecules
71. />72. />Nanotechnology_Initiative_from_2011-2014.html).
73. />74. />75. Phuong Dinh Tam et al., A facile prepartion of DNA sensor for rapid detection of herpes virus”, Materials
Science and Engineering C, (2010). In press.
76. Phuong Dinh Tam et al., Impact parameters on hybridization process in detecting Influenza Virus (type A)
using Contuctimetric based on DNA sensor”, Physica E 41 (2009) 1567.
77. Tuan Mai Anh et al. Detection of toxic compounds in real water samples using a conductometric tyrosinase
biosensor, Materials Science and Engineering: C, Volume 26, Issues 2-3, March 2006, Pages 453-456.
78. T. Mai Anh et al., Conductometric tyrosinase biosensor for the detection of diuron, atrazine and its main
metabolites, Talanta 63 (2004) 36–370.

17

Nội dung nghiên cứu khoa học và triển khai thực nghiệm của Đề tài và phương án thực hiện

(Liệt kê và mô tả chi tiết những nội dung nghiên cứu khoa học và triển khai thực nghiệm phù hợp cần thực
hiện để giải quyết vấn đề đặt ra kèm theo các nhu cầu về nhân lực, tài chính và nguyên vật liệu trong đó
chỉ rõ những nội dung mới, những nội dung kế thừa kết quả nghiên cứu của các đề tài trước đó; những
hoạt động để chuyển giao kết quả nghiên cứu đến người sử dụng, dự kiến những nội dung có tính rủi ro và

25