Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011

280

CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO, TRIỂN VỌNG VÀ ỨNG DỤNG

Nguyễn Tiến Thắng
Viện Sinh học nhiệt đới

TÓM TẮT
Công nghệ sinh học nano là sự giao thoa của công nghệ nano và sinh học,
và là sự kết hợp của nhiều lĩnh vực nghiên cứu công nghệ cao. Nói một cách khác,
công nghệ sinh học nano là công nghệ sinh học ở mức độ siêu nhỏ (mức độ nm) liên
quan đến phương pháp sử dụng vật liệu và thiết bị công nghệ nano để nghiên cứu hệ
sinh học. Ứng dụng của công nghệ sinh học nano gia tăng rất nhanh, đặc biệt trong
lĩnh vực y học. Một số thiết bị công nghệ sinh học nano đã được chế tạo tại Việt
Nam.
KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANO
Công nghệ sinh học nano (CNSH nano) là phạm trù khoa học mới xuất hiện gần đây dựa
trên cơ sở kết hợp của công nghệ nano và sinh học. Một mặt CNSH nano nghiên cứu sử dụng
“bộ máy sinh học” để hòan thiện hoặc sáng tạo công nghệ nano mới. Mặt khác nó nghiên cứu sử
dụng công cụ công nghệ nano để nghiên cứu hệ sinh học [8][9]. Nói một cách văn vẻ hơn, CNSH
nano là một sự thu nhỏ quá trình và thiết bị CNSH về mức độ nano. Thí dụ công nghệ DNA nano
hay bộ máy họat động của tế bào có thể coi là CNSH nano, vì cả hai đều dựa vào họat động của
các phân tử sinh học ở mức độ nano. Mặt khác, hạt nano sử dụng làm phương tiện vận chuyển
thuốc chữa bệnh hướng đích hoặc làm cảm biến sinh học cũng là thí dụ CNSH nano, vì trong
trường hợp này, công cụ của công nghệ nano được sử dụng cho mục đích sinh học [10][11].
Hiểu biết về hóa sinh học là cơ sở khoa học của CNSH nano. Vì CNSH nano nghiên cứu
các quá trình biến đổi sinh học ở mức độ tế bào và mô liên quan đến: Biến đổi hình dạng, độ bám
dính ; Sự kích thích cơ-điện, độ chứa điện, chứa năng lượng, pin sinh học ; Sự hấp phụ, phát
hùynh quang, hiện tượng quang-hóa; Độ giữ nhiệt, điều biến nhiệt ; Cách thức tế bào tương tác

vận chuyển vật liệu di truyền, thuốc chữa bệnh vào tế bào hoặc khối u đích, không gây phản ứng
miễn dịch nhờ cấu trúc nhỏ và có nhánh. Nanoshell (sò nano) có nhân là hạt silic được bọc màng
vàng gắn thuốc, có khả năng hấp thu ánh sáng hồng ngọai. Khi hạt tiếp cận tế bào hoặc khối u
đích, người ta dùng hồng ngọai kích thích giải phóng thuốc.
Có 3 lọai vector sử dụng trong dẫn chuyển thuốc hướng đích. Đó là liposome
(phospholipid), nanocapsule (ở dạng dịch dầu bao bởi polymer) và nanosphere (polymer có thể
phân hủy).
Chip sinh học (DNA chip, protein chip, tế bào chip, lab chip, chip cấy ghép ) là nhóm
sản phẩm CNSH nano họat động trên nguyên tắc lý chuyển đổi phản ứng hóa-sinh thành tín hiệu
đo được (thường là tín hiện điện tử). Chip sinh học cấu tạo gồm 2 phần: Phần thụ thể sinh học
(bioreceptor) và phần chuyển đổi (transducer). Trong đó phản ứng giữa mẫu dò và đích trên bề
mặt chip (Thí dụ lai bắt cặp DNA-DNA, DNA-RNA, kháng nguyên-kháng thể, thụ thể-hormone)
sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu đo được.
Điển hình là DNA chip (DNA array, chip gen) được dùng để phát hiện và đánh giá họat
động của gen. Nó được xem là công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu tìm kiếm dược phẩm, phát
hiện nhanh thay đổi ở mức độ phân tử nhờ máy tính và các phần mềm chuyên dụng. Thí dụ, để
phát hiện vi sinh vật gây bệnh than, người ta đưa protein có trong mẫu máu bệnh nhân lên bề mặt
protein chip chứa các bản sao kháng thể nhận biết đặc hiệu kháng nguyên của vi khuẩn gây bệnh
than. Tiếp theo bổ sung kháng thể đánh dấu hùynh quang gắn lên kháng nguyên gắn với kháng
thể trên mặt protein chip sẽ nhận được kết quả.

Hình 2. Tỷ lệ đầu tư trong nghiên cứu CNSH nano Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011

283

Đầu tư cho nghiên cứu và triển khai công nghệ sinh học nano
Ở Mỹ từ 1999, hơn 50% đầu tư cho công nghệ nano được sử dụng cho công nghệ sinh


xác định được nồng độ glucose trong máu biến thiên trong khỏang từ 125 µM tới 16,5 mM với sai
số ± 3% [1].

Hình 3. Sợi nano Pt có độ rộng khỏang 40 nm Hình 4. Quá trình xử lý bề mặt sợi nano Pt, gắn glucose oxidase và biosensor
Nhóm Đinh Duy Hải (Phòng thí nghiệm công nghệ nano) nghiên cứu chế tạo màng liên kết 3-
glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPTS) trên microarray sử dụng cho cảm biến sinh học [2].

Hình 5. Màng liên kết GPTS và ảnh
Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011

285

Trung tâm nghiên cứu và đào tạo thiết kế vi mạch ĐHQG TPHCM hợp tác với Trung tâm nghiên
cứu triển khai Khu công nghệ cao TP HCM được sự đầu tư của Sở KHCN TP HCM đã chế tạo thành
công chip sinh học gọi là vi cân tinh thể thạch anh QCM (Quatzt Crystal Microbalance) có khả năng đo
phân bố khối lượng rất nhỏ (ng) dựa vào thay đổi tần số của bộ dao động cộng hưởng thạch anh.
Biochip này cho phép phát hiện nhanh phẩy khuẩn tả. Nano Biopharmaceutical, một trong những công
ty hàng đầu nghiên cứu và phát triển sản phẩm sinh-dược từ DNA tái tổ hợp đến công nghệ protein ở khu
vực Châu Á-Thái Bình Dương cũng đặt trụ sở tại Khu công nghệ cao TP HCM trong khu vực diện tích
15.000 m2 đạt tiêu chuẩn WHO GMP (5/2011).

Hình 6. Vi cân tinh thể thạch anh và bio chip phát hiện phẩy khuẩn tả
Nhóm nghiên cứu của Nguyễn Công Hào và cs (Viện Công nghệ hóa tại TP HCM, Viện KH và
Công nghệ Việt Nam) đã tạo b-cyclodextrin-alginate làm vật liệu vận chuyển thuốc chữa bệnh [3].
Nguyễn Anh Dũng và cs (Trung tâm CNSH, Đại học Tây nguyên) đang thực hiện nghiên cứu chế
tạo hạt nano-chitosan làm chất mang kích thích đáp ứng miễn dịch cho vaccine cúm A H5N1. Nhóm tác

cho vaccine cúm A H5N”1, Báo cáo đề tài TP HCM, 2008
Nguyễn Công Hào và cs “A new nanoparticle from b-cyclodextrin-alginate as a drug delivery of
ketoprofen”, J. Sci. and Tech., 2010, Vol. 48 (4A) 702-705.
Nguyễn Thị Phương Phong, “Nghiên cứu chế tạo dung dịch Cu nano làm nguyên liệu chế tạo thuốc bảo
vệ thực vật kháng và diệt bệnh nấm hồng Corticium salmonicolor, bệnh phấn trắng Oidium
Heveae trên cao su” , Báo cáo đề tài tỉnh Đồng Nai, 2011.
Nolting B, “Biophysical Nanotechnology”. In: “Methods in Modern Biophysics”, Springer, 2005, ISBN
3-540-27703-X
Phương Đình Tâm và cs “Cố định thứ tự DNA trên cảm biến xác định virus herpes”, Proceedings
IWNA, Vung Tau, Vietnam, 2007.
http://www.wordiq.com/definition/Bionanotechnology