Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011
188

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 phƣơng 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 đƣợc 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 phƣơng tiện vận chuyển thuốc chữa
bệnh hƣớng đích hoặc làm cảm biến sinh học cũng là thí dụ CNSH nano, vì trong trƣờng hợp này,
công cụ của công nghệ nano đƣợc 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 lƣợng, pin sinh học ; Sự hấp phụ, phát
hùynh quang, hiện tƣợng quang-hóa; Độ giữ nhiệt, điều biến nhiệt ; Cách thức tế bào tƣơng tác với
vật liệu nano, các phân tử khuyết tật, hệ cơ-sinh học; Bệnh di truyền, ung thƣ, khuyết tật mô hoặc

(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
đƣợc (thƣờng 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
đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu đo đƣợc.
Điển hình là DNA chip (DNA array, chip gen) đƣợc dùng để phát hiện và đánh giá họat
động của gen. Nó đƣợc xem là công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu tìm kiếm dƣợc 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, ngƣời ta đƣa 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 đƣợc kết quả.

Hình 2. Tỷ lệ đầu tƣ trong nghiên cứu CNSH nano Kỷ yếu hội nghị Khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học năm 2011
190

Đầu tƣ cho nghiên cứu và triển khai công nghệ sinh học nano
Ở Mỹ từ 1999, hơn 50% đầu tƣ cho công nghệ nano đƣợc sử dụng cho công nghệ sinh học
nano. Trong đó đầu tƣ lớn nhất cho lĩnh vực tìm kiếm dƣợc phẩm (54%) và chẩn đóan bệnh (37%).
Tiếp theo là đầu tƣ sản xuất thiết bị và vật liệu công nghệ sinh học nano và phần mềm điều khiển.
Hiện vấn đề xã hội của CNSH nano liên quan đến phạm trù đạo đức, ảnh hƣởng tiềm năng
của CNSH nano đối với con ngƣời và xã hội, ảnh hƣởng của vật liệu nano lên sức khỏe con ngƣời
cũng đã bắt đầu đƣợc chú ý.
Nguồn lực cho nghiên cứu và triển khai công nghệ nano

glycidoxypropyl trimethoxysilane (GPTS) trên microarray sử dụng cho cảm biến sinh học [2].

Hình 5. Màng liên kết GPTS và ảnh
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 đƣợc sự đầu tƣ 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 lƣợng rất nhỏ (ng) dựa vào thay đổi tần số của bộ dao động cộng hƣởng 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-dƣợc từ DNA tái tổ hợp đến công nghệ protein ở khu vực Châu Á-Thái
Bình Dƣơng 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 giả
sử dụng 3 phƣơng pháp tạo hạt nano-chitosan là: tạo gel ionic trong TPP (tripolyphsphate), tạo huyền phù
trong NaOH-methanol và khâu mạch tạo liên kết trong glutaraldehyde. Sau đó sử dụng phƣơng pháp cố
định bằng cách hấp phụ và nhốt kháng nguyên trên bề mặt hạt nano-chitosan [4].
Bùi Huy Du và Nguyễn Quốc Hiến và nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng bức xạ gamma-Co-60
có hiệu lực diệt nấm bệnh đạo ôn (Piricularia oryzae Cavara) và bệnh lem lét hạt (Pseudomonas glumae
Kurita et Tabei [5]).
Nhóm nghiên cứu Phƣơng Đình Tâm (Đại học bách khoa Hà Nội) đã cố định thứ tự DNA trên cảm
biến xác định virus herpes [6].
Nguyễn Thị Phƣơng Phong (Đại học Lạc Hồng) Nghiên cứu chế tạo dung dịch Cu nano bằng
phương pháp khử đối với oxalate Cu, CuCl2, CuSO4 bằng các chất khử ethylene glycole, diethylene
glycole, glycerin kết hợp hỗ trợ của vi sóng và sử dụng 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 [7].