Tài liệu Khảo sát tế bào bằng kẹp tóc nano pdf

Khảo sát tế bào
bằng kẹp tóc nano


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

Một mẫu dò nano đã được sử dụng để

do điện tích bên trong tế bào
(Nguồn: Science/AAAS)
Giáo sư Liber và các cộng sự muốn
tạo ra một thiết bị mang linh kiện bán
dẫn (transistor) mà kích cỡ chỉ ở mức
nanometre thôi với hy vọng là kích cỡ
nhỏ như vậy sẽ không gây ảnh hưởng
đến tế bào. Giáo sư Liber cho biết
thêm rằng những thiết bị dò tốt nhất
hiện nay chỉ có thể đo từ bề mặt ngoài
của tế bào, và cũng giống như các
thiết bị dò kim loại trên mặt đất, nó
chỉ cho những tín hiệu “mờ mờ ảo ảo”
về những gì đang diễn ra bên trong.
Nguyên nhân là do thiết bị bán dẫn
cần hai điểm tiếp xúc điện để đo hiệu
điện thế trong tế bào. Hai điểm này lại
nằm gần nhau trên một thiết bị phẳng
và lớn mà nếu nhét hết vào trong một
tế bào thì tế bào sẽ bị vỡ.
Nhóm của Giáo sư Liber đã thành
công trong việc chế tạo một bán dẫn
siêu nhỏ bằng cách uốn con một dây
dẫn có kích cỡ vài nanometre thành
hình một cái kẹp tóc. Đầu công tác
của linh kiện bán dẫn này là chỗ uốn
con của sợi dây dẫn và sẽ được đâm
xuyên vào trong tế bào. Hai đầu của
dây dẫn là hai điểm tiếp xúc điện sẽ
nằm bên ngoài mà không đi sâu vào tế

bào để giảm tác động lên tế bào. Sợi
dây dẫn vài nanometre này được tạo
ra bằng cách tổng hợp dần trên một cơ
chất và do đó người ta khó kiểm soát
được hình dạng của nó. Tuy nhiên,
nhóm của Giáo sư Liber đã khám phá
ra rằng nếu dừng rồi sau đó tái khởi
động quá trình tổng hợp này, ta có thể
tạo ra một điểm uốn 120
o
. Nhóm
nghiên cứu đã dừng và tái khởi động
hai lần liên tiếp để cho ra một hình
kẹp tóc nhọn như mong muốn.
Mẫu dò nano nhỏ nhất mà nhóm
nghiên cứu này tạo ra được có bề
ngang dưới 50 nanometre, nhỏ hơn cả
nhiều loại virus. Như Giáo sư Liber
nói “Đây chỉ là kích thước của một
bào quan bên trong tế bào”. Một ưu
điểm nữa là thiết bị bán dẫn này có
thể khuếch đại tín hiệu đo được với
độ nhạy cao, trong khi thiết bị cũ dạng
pipette thì phải cần thiết bị phụ trợ để
làm tăng độ nhạy. Ưu điểm quan
trọng nhất là thiết bị nano này không
cần phải bị nhét vào trong tế bào. Các
nhà nghiên cứu bọc phần đầu thiết bị
bằng phospholipid, vốn là thành phần
chính của màng tế bào, lừa cho tế bào

“tưởng” rằng thiết bị này cũng là một
phần của tế bào và lôi nó sâu vào bên
trong. Giáo sư Liber nói rằng: “Chúng
tôi thật sự đã làm lu mờ sự khác biệt
giữa thiết bị bán dẫn và vật chất sinh
học”. Nhóm nghiên cứu đã chứng
minh hiệu quả của thiết bị này bằng
cách đưa nó vào một tế bào tim phôi
gà đang nuôi cấy và ghi nhận được tín
hiệu điện 2,3 Hz, đúng với nhịp đập
của tim.
Giáo sư Vương Trung Lâm (Wang
Zhong-lin), người chuyên nghiên cứu
về công nghệ nano ứng dụng trong
sinh học ở Học viện công nghệ
Georgia (Mỹ), cho rằng việc chế tạo
thành công thiết bị nano này là một
thành công nổi bật. Giáo sư Vương
nói thêm rằng thành công này cho
phép chúng ta thu thập được các
thông tin hết sức căn bản về các
chuyển động ion gây ra điện tích
trong tế bào.
Tiến sĩ Mehmet Yanik, một chuyên
gia công nghệ thần kinh ở Học viện
công nghệ Massachussetts (Mỹ), tin
việc ứng dụng đại trà công nghệ này
có tính khả thi cao. Tiến sĩ Yanik cho
rằng nhóm nghiên cứu của Giáo sư
Liber nên thử nghiệm thiết bị này trên

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