Công nghệ nano là sự giao thoa của công nghệ nano và sinh học, là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nghiên cứu công nghệ cao. Nói cách khác, công nghệ nano là công nghệ sinh học ở cấp độ vi mô (cấp độ nano) và liên quan đến việc sử dụng các vật liệu và thiết bị công nghệ nano để nghiên cứu các hệ thống sinh học. Ứng dụng của công nghệ nano đang tăng lên nhanh chóng, đặc biệt là trong lĩnh vực y tế. Việt Nam đã chế tạo được nhiều thiết bị công nghệ nano.
Bạn đang xem: Công nghệ sinh học nano là gì
Tóm tắt
Công nghệ nano là sự giao thoa của công nghệ nano và sinh học, là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nghiên cứu công nghệ cao. Nói cách khác, công nghệ nano là công nghệ sinh học ở cấp độ vi mô (cấp độ nano) và liên quan đến việc sử dụng các vật liệu và thiết bị công nghệ nano để nghiên cứu các hệ thống sinh học. Ứng dụng của công nghệ nano đang tăng lên nhanh chóng, đặc biệt là trong lĩnh vực y tế. Việt Nam đã chế tạo được nhiều thiết bị công nghệ nano.
Khái niệm công nghệ nano
Công nghệ nano (cnsh nano) là một danh mục khoa học gần đây dựa trên sự kết hợp giữa công nghệ nano và sinh học. Một mặt, công nghệ nano là ngành nghiên cứu sử dụng các “công cụ sinh học” để hoàn thiện hoặc tạo ra công nghệ nano mới. Mặt khác, nó sử dụng các công cụ công nghệ nano để nghiên cứu các hệ thống sinh học [8] [9]. Nói một cách thẳng thắn hơn, cnsh nano là sự thu nhỏ của các thiết bị và quy trình cnsh đến cấp độ nanomet. Ví dụ, công nghệ nano DNA hoặc máy móc tế bào có thể được coi là công nghệ nano vì cả hai đều dựa trên hoạt động của các phân tử sinh học kích thước nano. Mặt khác, việc sử dụng các hạt nano như một phương tiện vận chuyển thuốc được nhắm mục tiêu hoặc như một bộ cảm biến sinh học cũng là một ví dụ của công nghệ nano, như trong trường hợp này, các công cụ của công nghệ nano được sử dụng cho các mục đích sinh học. [10] [11].
Hiểu biết về hóa sinh là nền tảng khoa học của công nghệ nano. Vì cnsh nano nghiên cứu quá trình biến đổi sinh học ở cấp độ tế bào và mô, liên quan đến: thay đổi hình dạng, kết dính …; kích thích cơ điện, lưu trữ điện, lưu trữ năng lượng, pin sinh học …; hiện tượng hấp phụ, huỳnh quang, quang hóa; cách nhiệt, điều nhiệt. ..; cách tế bào tương tác với vật liệu nano, phân tử bị lỗi, hệ thống cơ sinh học; bệnh di truyền, ung thư, khiếm khuyết mô hoặc cơ quan và xây dựng máy tính DNA.
Hướng nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ nano
Trước hết, ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Đây là những quả cầu nano được phủ một lớp polyme phát sáng đặc biệt nhận biết các phân tử sinh học khác nhau để phân tích trao đổi chất, chẳng hạn như phát hiện các chất chuyển hóa có liên quan đến ung thư hoặc bất kỳ bệnh nan y nào khác ở người. Việc sử dụng vi khuẩn nano để điều trị bệnh có kích thước khoảng 25-200 nm do nanobiotech Pharmaceutical sản xuất. Công nghệ nano DNA tận dụng các đặc tính tạo đuôi gai và xen kẽ của DNA khi thiết kế mảng DNA cho các nghiên cứu biểu hiện gen và protein (genomics và proteomics). cnsh nano nghiên cứu và chế tạo công cụ phân tử sinh học, cnsh nano giúp xác định trình tự gen, tìm kiếm và sàng lọc nhanh các loại thuốc trong tin sinh học. Sử dụng màng nano phân hủy sinh học trong bảo quản thực phẩm và công nghệ siêu lọc …
cnsh nano chủ yếu sử dụng kính hiển vi điện tử quét, kính hiển vi điện tử chọc thủng, kính hiển vi nguyên tử, thiết bị nhiễu xạ tia X, công nghệ DNA tái tổ hợp, công nghệ siêu máy tính và các công cụ nghiên cứu khác. Tổng doanh thu thị trường sản phẩm công nghệ nano trong năm 2010 là khoảng 19,3 tỷ đô la, tăng trưởng khoảng 9% hàng năm và dự kiến sẽ đạt 29,7 tỷ đô la vào năm 2015.
Fullerenes (buckyballs) hoặc c-60 có kích thước lỗ khoảng 1 nm và bao gồm 60 nguyên tử c và thường được sử dụng để liên kết các kháng thể. Dendrimers là các polyme phân nhánh được sử dụng làm chất mang để vận chuyển vật liệu di truyền và thuốc điều trị vào các tế bào hoặc khối u đích, và do cấu trúc phân nhánh nhỏ của chúng, không tạo ra phản ứng miễn dịch. Vỏ nano có một hạt silicon với một màng vàng gắn vào nó có tác dụng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại. Khi các hạt tiếp cận các tế bào hoặc khối u đích, ánh sáng hồng ngoại được sử dụng để kích thích giải phóng thuốc.
Có 3 vectơ để phân phối thuốc được nhắm mục tiêu. Chúng là liposome (phospholipid), nanocapsules (ở dạng chất lỏng nhờn được phủ polyme) và nanospheres (polyme phân hủy).
Biochips (chip dna, chip protein, chip tế bào, chip phòng thí nghiệm, chip cấy ghép …) là một nhóm các sản phẩm công nghệ nano hoạt động bằng cách chuyển đổi các phản ứng sinh hóa-sinh hóa thành các tín hiệu có thể đo được (thường là tín hiệu điện tử). Biochip bao gồm hai phần: bộ phận tiếp nhận và đầu dò sinh học. Phản ứng của đầu dò với mục tiêu bề mặt chip (ví dụ: lai dna-dna, dna-rna, kháng nguyên-kháng thể, thụ thể hormone) được chuyển thành tín hiệu đo.
Ví dụ: mảng dna (chip gen) được sử dụng để phát hiện và đánh giá hoạt động của gen. Nó được coi là một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu phát hiện ma túy, và với sự trợ giúp của máy tính và phần mềm chuyên dụng, những thay đổi ở cấp độ phân tử có thể được phát hiện nhanh chóng. Ví dụ, để phát hiện vi khuẩn bệnh than, các protein có trong mẫu máu của bệnh nhân được áp lên bề mặt của chip protein có chứa các bản sao của kháng thể nhận biết đặc biệt các kháng nguyên từ vi khuẩn bệnh than. Tiếp theo, thêm kháng thể được đánh dấu huỳnh quang vào kháng thể trên bề mặt của chip protein và bạn có thể nhận được kết quả.
Đầu tư vào nghiên cứu và triển khai công nghệ nano
Kể từ năm 1999, hơn 50 phần trăm các khoản đầu tư vào công nghệ nano của Hoa Kỳ là vào công nghệ nano. Các khoản đầu tư lớn nhất là tìm kiếm thuốc (54%) và chẩn đoán bệnh (37%). Thứ hai là đầu tư sản xuất thiết bị, vật liệu công nghệ nano và phần mềm điều khiển.
Các vấn đề xã hội hiện nay liên quan đến công nghệ nano và đạo đức, tác động tiềm tàng của công nghệ nano đối với con người và xã hội, tác động của vật liệu nano đối với sức khỏe con người … cũng đã bắt đầu. thu hút sự chú ý của mọi người.
Tài nguyên triển khai và nghiên cứu công nghệ nano
Ví dụ, chỉ riêng ở Hoa Kỳ, có khoảng 40.000 chuyên gia làm việc trong lĩnh vực công nghệ nano. Để đáp ứng nhu cầu nhân lực của ngành công nghệ trị giá khoảng 1 nghìn tỷ USD vào năm 2015, Hoa Kỳ cần ít nhất 800.000 chuyên gia công nghệ nano. Vì vậy, việc xây dựng các cơ sở đào tạo về công nghệ nano, đặc biệt là công nghệ nano là cấp thiết. Ở Việt Nam, đầu tư cho nghiên cứu công nghệ nano đã bắt đầu từ năm 1998, mặc dù ở mức độ khá thấp.
Những thành tựu bước đầu trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano ở Việt Nam
Hiện nay, một số đơn vị nghiên cứu và phát triển, chủ yếu ở Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội, đang tiến hành nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano, đặc biệt là công nghệ nano. Thông thường, Phòng thí nghiệm Công nghệ nano của Đại học Quốc gia TP. HCM, Đại học Bách Khoa Hà Nội và Hồ Chí Minh … Nghiên cứu sơ bộ và Chế tạo một số sản phẩm công nghệ nano độc đáo.
Xác định trực tiếp lượng đường trong máu ở bệnh nhân tiểu đường bằng cách sử dụng các enzym được cố định trên sợi nano. Dựa trên hoạt động của enzyme glucose oxidase cố định trên bề mặt của sợi nano pt, một thiết bị để xác định trực tiếp lượng glucose trong máu ở bệnh nhân tiểu đường đã được chế tạo, có thể đo nồng độ glucose trong máu trong khoảng từ 125 μm đến 16,5 mm với sai số ± 3% [1].
Nhóm của Ding duy hai (Phòng thí nghiệm công nghệ nano) đã nghiên cứu và chế tạo màng tiếp giáp 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (gpts) trên vi mạch cho cảm biến sinh học [2].
Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo Thiết kế Vi mạch Đại học Thành phố Hồ Chí Minh, phối hợp với Trung tâm R&D của Khu Công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh, do Bộ Khoa học và Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh làm chủ đầu tư, đã chế tạo thành công một vi cân bằng tinh thể thạch anh (quatzt crystal microbalance). microbalance) có kích thước rất nhỏ, có khả năng đo sự phân bố khối lượng rất nhỏ (ng) dựa trên sự thay đổi tần số của bộ dao động cộng hưởng bằng thạch anh. Tàu sinh học này có thể nhanh chóng phát hiện bệnh tả. dược phẩm sinh học nano là một trong những công ty hàng đầu trong việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm dược phẩm sinh học từ công nghệ protein tái tổ hợp đến DNA tại khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Công ty này cũng nằm trong khu công nghệ cao của Thành phố Hồ Chí Minh trong khu Khu vực Châu Á – Thái Bình Dương. Diện tích 15000 mét vuông phù hợp với tiêu chuẩn của ai gmp (tháng 5 năm 2011).
Nhóm nghiên cứu của nguyễn công hao và cộng sự (Viện Công nghệ Hóa học Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã tạo ra b-cyclodextrin-alginate làm nguyên liệu phân phối thuốc [3].
>
Nguyễn Ánh Anh và cộng sự (Trung tâm Khoa học Đại học Tây Nguyên) đang nghiên cứu chế tạo nanochitosan làm chất mang để kích thích đáp ứng miễn dịch với vắc xin cúm h5n1. Các tác giả đã sử dụng ba phương pháp để chế tạo hạt nano chitosan: tạo ionogel trong tpp (tripolyphosphat), huyền phù trong naoh-metanol và liên kết chéo trong glutaraldehyde. Sau đó, phương pháp cố định hấp phụ và bắt giữ các kháng nguyên trên bề mặt của các hạt nano-chitosan đã được áp dụng [4].
bui huy du và nguyễn quốc gia đã nghiên cứu chế tạo keo bạc bằng bức xạ gamma-co-60, có tác dụng chống lại bệnh đạo ôn do nấm (piricularia oryzae cavara) và bệnh xì mủ (pseudomonas glumae kurita et tabei [5]).
Nhóm nghiên cứu phuong dinh tam (Đại học Bách Khoa Hà Nội) đã cố định trình tự dna trên cảm biến để xác định virus herpes [6].
Nguyễn Thị Phường Phòng (Đại học Lạc Hồng) với sự hỗ trợ của các chất khử ethylene glycol, diethylene glycol, glycerol kết hợp với vi sinh vật đã nghiên cứu quá trình khử axit oxalic cu, cucl2, cuso4 để điều chế dung dịch nano cu. Dung dịch này được sử dụng làm nguyên liệu để pha chế thuốc bảo vệ thực vật phòng trừ bệnh nấm bột cá hồi và bệnh phấn trắng cỏ ba lá [7].
Tài liệu tham khảo
- bui huy du, “Sản xuất hiệu quả các hạt nano bạc dạng keo bằng chiếu xạ gamma-co-60 chống lại bệnh đạo ôn do nấm (piricularia oryzae cavara) và bệnh bạc lá (pseudomonas glumae kurita et tabei)”. Luận văn tóm tắt Tiến sĩ, Hà Nội, 2009.
- dinh duy hai, “Nghiên cứu và chế tạo màng liên kết 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (gpts) trên microarrays cho cảm biến sinh học” Báo cáo nghiệm thu Dự án Phòng thí nghiệm Công nghệ nano, tháng 12 năm 2010.
- duu phu tran và cộng sự. “Xác định trực tiếp đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường bằng cách sử dụng enzym cố định trên sợi nano” (đã được chấp nhận xuất bản).
- ehud gazit, Nhiều không gian sinh học ở phía dưới: Giới thiệu về Công nghệ truyền giáo. Nhà xuất bản Đại học Hoàng gia, 2007, isbn 9781860946776. koehne j và các cộng sự công nghệ nano, 2003, 14, 1239-1245.
- nguyễn anh anh, “Khảo sát và chế tạo hạt nano chitosan làm chất mang để kích thích đáp ứng miễn dịch đối với vắc xin cúm a h5n” 1, Báo cáo Đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, 2008.
- nguyễn công và cs “Một hạt nano mới có nguồn gốc từ b-cyclodextrin-alginate để phân phối thuốc ketoprofen”, j. khoa học. và Công nghệ, 2010, Vol. 48 (4a) 702-705.
- nguyễn thị phương phong, “Nghiên cứu chế tạo dung dịch nano đồng làm nguyên liệu sản xuất thuốc bảo vệ thực vật để chống và diệt bệnh da cá hồi, bệnh phấn trắng trên cây cao su” , Báo cáo Dự án Tỉnh Đồng Nai, 2011.
- ghi chú b, “Công nghệ nano lý sinh”. Trong: “Phương pháp lý sinh hiện đại”, Springer, 2005, isbn 3-540-27703-x.
- Phuong dinh tam et al. “Cố định chuỗi dna trên cảm biến phát hiện virus herpes”, tiến trình iwna, vung tau, Việt Nam, 2007.
- wordiq.com/definition/bionanotechnology
Tác giả: nguyen tien thang (Viện Sinh học Nhiệt đới) Nguồn: Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam
