Thế kỉ 21 được dự đoán là thế kỉ của công nghệ Nanô và Sinh học, trong đó Nano Sinh học Quang tử (NanoBiophotonics) là sự hợp nhất của cụng nghệ nano quang tử và sinh học. Đối tượng của nanobiophotonics là sự tương tác giữa ánh sáng với các chất nano gắn kết sinh học mà kết quả là các phương pháp chuẩn đoán bệnh nano quang học (không phá huỷ, không can thiệp) và các phương pháp trị liệu bằng ánh sáng.

Hạt nano ứng dụng trong y-sinh

Vật liệu cấu trúc nanô có cùng kích thước với các phân tử sinh học (1-100 nm), vì thế đây là công cụ hữu hiệu để nghiên cứu các quá trình sinh học ở thang nanô hay nói cách khác là thang phân tử (các phân tử protein có kích thước khoảng vài nanô mét, cùng kích thước với các chấm lượng tử bán dẫn hoặc kim loại). Ở thang phân tử, các quá trình hay tính chất sinh học là các quá trình và tính chất cơ bản đặc thù mang tính hệ thống, vì vậy việc sử dụng các vật liệu nanô trong các nghiên cứu sinh y học đã đưa lại những kết quả nổi trội so với các công cụ cổ điển và mở ra một hướng mới: nanô y- sinh học.

Vào hồi 08h ngày 27/10/2015 tại Phòng 202 giảng đường 3A, trường Đại học Khoa học, Khoa Vật lý & Công nghệ đã tổ chức thành công Seminar chuyên đề cho cán bộ giảng viên và sinh viên trong Khoa. Đến dự buổi Seminar khoa học có TS. Nguyễn Văn Đăng – Phó Hiệu trưởng Nhà trường kiêm Trưởng khoa Vật lý & Công nghệ cùng đông đảo các Thày cô giáo và các em sinh viên các khóa 10, 11 và 13 của Khoa Vật lý & Công nghệ. Tại buổi seminar, các cán bộ giảng viên và sinh viên trong Khoa đã được nghe báo cáo về việc “Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của hạt nano silica chứa tâm màu và thử nghiệm ứng dụng trong đánh dấu y – sinh” do NCS. Phạm Minh Tân – Phó trưởng Phòng Đào tạo, Trường ĐH Khoa học (nguyên là Phó trưởng Khoa Vật lý & Công nghệ) trình bày. Mặc dù, NCS. Phạm Minh Tân công tác tại Phòng Đào tạo nhưng đồng chí vẫn tích cực tham gia công tác chuyên môn cùng Khoa.

NCS. Phạm Minh Tân trình bày Seminar tại Khoa Vật lý & Công nghệ, ĐHKH

Hiện nay, vật liệu phát huỳnh quang ứng dụng trong sinh học đã có sự tăng trưởng vượt bậc do phép phân tích sử dụng huỳnh quang có độ nhạy cao, không phá hủy mẫu và không độc hại. Nhờ có các chất đánh dấu huỳnh quang mà các kỹ thuật/ thiết bị đo huỳnh quang, giám sát môi trường, hóa học lâm sàng, sàng lọc DNA và các phép phân tích gen bằng lai hóa huỳnh quang tại đã phát triển mạnh. Một trong các chất đánh dấu huỳnh quang điển hình trong y-sinh là các chất màu hữu cơ. Tuy có rất nhiều ưu điểm nhưng các chất màu hữu cơ có nhược điểm là độ bền quang kém, dễ bị phân hủy dưới ánh sáng kích thích (hiện tượng tẩy quang), dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường. Phổ hấp thụ của các chất màu hẹp nên đối với mỗi loại chất màu đòi hỏi một nguồn laser kích thích phù hợp, vì vậy các kính hiển vi huỳnh quang hiện đại thường được trang bị tới 3 – 4 laser khác nhau và các phép phân tích đa kênh sẽ khó thực hiện với các chất màu. Ngoài ra, sự phát triển của sinh học phân tử đòi hỏi nghiên cứu các quá trình sinh học diễn ra ở mức phân tử, nội tế bào trong khoảng thời gian dài. Vì vậy độ bền quang kém của phân tử màu hữu cơ là một trở ngại cho những nghiên cứu này. Đặc biệt, đối với việc hiện ảnh cắt lớp 3D thì trở ngại lớn nhất là sự phân hủy quang của các chất phát quang trong quá trình thực hiện cắt lớp liên tiếp theo trục z; sự phân hủy quang này làm ảnh hưởng tới việc dựng ảnh cấu trúc 3D. Do đó việc tìm kiếm các loại chất đánh dấu sinh học mới vẫn là vấn đề thời sự trong các nghiên cứu của khoa học vật liệu trên thế giới.

Trong những năm vừa qua có những cải tiến lớn trong các chất đánh dấu sinh học bằng sự ra đời của các chất đánh dấu trên cơ sở vật liệu nano với các ưu điểm nổi trội so với các chất đánh dấu cổ điển như: độ bền quang, độ tương phản cao và bền trong môi trường sinh học. Các ưu điểm đó của các chất đánh dấu nano tạo ra khả năng phát hiện các đích sinh học với độ nhạy cao trong các điều kiện khác nhau: từ chẩn đoán in vitro cho tới hiện ảnh in vivo. Có thể liệt kê một số loại hạt nano thường dùng trong các phân tích sinh học như: các chấm lượng tử, các hạt kim loại (vàng và bạc), các hạt từ, các hạt đất hiếm họ Lantan, các hạt nano chứa chất màu và một số vật liệu nano khác. Mỗi loại hạt nano có các ưu điểm vượt trội riêng của mình và thích ứng với các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực phân tích sinh học. Bên cạnh đó, một hướng nghiên cứu phát triển mạnh hiện nay là chế tạo vật liệu đa chức năng. Phối hợp các vật liệu đơn: hạt từ, kim loại, silica và polymer sẽ cho các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ đa lớp, đa chức năng sử dụng trong cả chẩn đoán và cả điều trị: vừa dẫn đường và mang thuốc, vừa phát hiện, vừa làm giàu, vừa diệt tế bào.

Hạt nano silica chứa tâm màu là các hạt SiO₂ xốp kích thước nano chứa được một số lượng lớn phân tử màu hữu cơ trong một hạt silica đơn. Nền silica lại ổn định về cấu trúc, không độc, có khả năng tương thích sinh học cao. Sử dụng các phương pháp và quy trình thích hợp, một số lượng lớn chất màu có thể đưa vào trong một hạt nano silica đơn (từ hàng chục tới hàng nghìn phân tử màu). Do đó, các hạt nano silica chứa chất màu có độ chói và khuếch đại tín hiệu quang cao gấp nhiều lần so với phân tử màu đơn lẻ. Độ chói của tín hiệu huỳnh quang của các hạt nano silica có thể được điều khiển bằng số phân tử chất màu trong mỗi hạt với mật độ chất màu lớn nhất được giới hạn chỉ bởi sự dập tắt huỳnh quang. Nếu lựa chọn các ứng dụng phân tích sinh học thích hợp, các hạt nano silica có thể tạo ra những cải thiện đáng kể trong độ nhạy phân tích. Hơn nữa, do bị giam giữ trong nền silica, các chất màu được bảo vệ khỏi các ảnh hưởng của môi trường. Mặt khác, do nền silica chứa rất ít oxy tự do nên phân hủy quang cũng được giảm thiểu. Độ bền quang cao cho phép các hạt nano silica được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cường độ kích thích mạnh trong thời gian dài. Hơn nữa, các hạt silica với nhóm –OH trên bề mặt có thể tham gia phản ứng hoá học để tạo các nhóm chức có khả năng liên kết đặc hiệu với các phân tử sinh học như là amin (-NH2), carboxyl (-COOH) hay thiol (-SH). Bằng cách điều chỉnh các thông số chế tạo, có thể điều khiển kích thước hạt; số lượng tâm màu trong hạt cũng như loại tâm màu đưa vào, do đó người ta có thể tạo ra một nhóm lớn các hạt phát quang với các tính chất quang đa dạng dùng trong đánh dấu. Bản thân silica là chất thân thiện với môi trường sinh học, do đó chúng có thể là các hạt đa chức năng: vừa phát hiện và vừa mang thuốc trị bệnh. Vì vậy, các hạt silica nằm trong thế hệ các chất đánh dấu sinh học mới, hứa hẹn được sử dụng rộng rãi trong các phân tích và đánh dấu sinh học.

Sau gần 90 phút trình bày, các cán bộ giảng viên và sinh viên của Khoa đã có những trao đổi và thảo luận rất sôi nổi với báo cáo viên. Do đây là các kết quả mà NCS Phạm Minh Tân đã nghiên cứu và thực hiện trong một thời gian dài nên có rất nhiều kết quả và thảo luận. Buổi Seminar lần này Khoa rất vui khi chào đón các em sinh viên Vật lý khóa 13 cùng tham dự. Do là tân sinh viên nên các em rất lạ lẫm và ngạc nhiên với cách sinh hoạt chuyên môn như thế này. Tuy nhiên, qua buổi Seminar này các em cũng đã mường tượng được phương pháp học tập và nghiên cứu ở môi trường Đại học là như thế nào.

NCS. Phạm Minh Tân trao đổi khoa học với sinh viên tại buổi seminar

Sau phần thảo luận về chuyên môn là phần giao lưu giữa các thày cô giáo và các em sinh viên trong Khoa. Phần này là phần sôi nổi hơn cả, vì có những sự giới thiệu làm quen, có những lời ca tiếng hát, đàn sáo nhị và biểu diễn của cả Thày cô và sinh viên. Các Thày cô và các em sinh viên đã tạo lên một bầu không khí rất vui tươi và phấn khởi, thể hiện sự đoàn kết và nhất trí cao trong học tập và thi đua nhằm mục đích chào mừng các ngày Lễ lớn như Ngày thành lập Trường ĐH Khoa học 24-10, ngày Nhà giáo Việt Nam 20-11…

Phần giao lưu văn nghệ rất sôi nổi của cán bộ và sinh viên trong Khoa

Cán bộ giảng viên và sinh viên Khoa Vật lý & Công nghệ chụp ảnh lưu niệm sau buổi lễ

Buổi Seminar khoa học của Khoa diễn ra với không khí rất cởi mở và có tính học thuật cao trong thời gian hơn 3 giờ đồng hồ. Các đại biểu trao đổi rất thẳng thắn và sôi nổi. Sau buổi báo cáo và trao đổi, TS. Nguyễn Văn Đăng đã phát biểu hoan nghênh tinh thần nghiên cứu khoa học của các cán bộ và các em sinh viên trong Khoa và cho đây là một hoạt động có nhiều ý nghĩa trong công tác giảng dạy, nghiên cứu và học tập của cán bộ, giảng viên, sinh viên trong và ngoài Khoa. Đồng chí đã đánh giá buổi Seminar khoa học của Khoa đã thành công rực rỡ, sinh viên đã thu được nhiều kiến thức mới, đã biết đến một hướng nghiên cứu hiện đại và quan trọng của thế kỷ 21.

TS. Nguyễn Văn Đăng – Phó Hiệu trưởng Nhà trường kiêm Trưởng Khoa Vật lý & Công nghệ phát biểu và chỉ đạo tại buổi Seminar.

Dưới đây là một số hình ảnh tại buổi seminar:

NCS. Phạm Minh Tân trao đổi khoa học với đồng nghiệp tại buổi Seminar

                                                                                                         Nguyễn Văn Hảo