Công nghệ nano là công nghệ chế tạo các nguyên liệu, thiết bị và hệ thống hữu ích nhờ các thao tác, sắp xếp ở mức nguyên tử, phân tử và các cấu trúc siêu phân tử giới hạn kích thước 1 - 100 nano mét (nm) (1nm = 1 phần triệu milimét), đồng thời khai thác các đặc tính và hiện tượng mới xuất hiện khi vật chất ở kích thước nano.

Ra đời chỉ khoảng vài chục năm trở lại đây, công nghệ nano đã và đang tác động rất lớn tới tất cả các lĩnh vực khoa học, sản xuất và đời sống. Việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ nano sẽ tạo ra cơ hội cho các ngành khoa học - kỹ thuật có bước nhảy vượt bậc trong tiến trình phát triển, có thể sản xuất ra các giá trị cao hơn và ngang tầm với trình độ khoa học công nghệ tiên tiến, hiện đại. Các vật thể có kích thước nano có một loạt các hiện tượng và đặc tính hấp dẫn về vật lý, hóa học, sinh học, cơ học và điện được ứng dụng hữu ích cho đời sống con người.

Các robotnano tiếp cận tới tận các tế bào trong cơ thể.

Trong dẫn truyền thuốc

Trong công nghệ dược phẩm, công nghệ nano được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực, tuy nhiên hệ dẫn thuốc nano là lĩnh vực được ứng dụng mạnh mẽ nhất trong công nghệ bào chế. Nó đang góp phần tạo ra nhiều chế phẩm với những đặc điểm hấp thu có ưu điểm vượt trội, mở rộng hiệu lực điều trị, đặc biệt là giúp phát triển các dạng thuốc tác dụng tại đích, điều trị một cách hiệu quả nhiều loại bệnh và giảm nhiều tác dụng phụ của thuốc.

Các hệ vận chuyển thuốc gồm dược chất kết hợp với chất mang tạo cấu trúc tiểu phân nano polyme, micelle, dendrimer, chất có nguồn gốc kim loại, ceramic, protein, virut và các tiểu phân liposome. Các dược chất hoặc các tác nhân chẩn đoán sẽ được đưa vào bên trong, liên kết hóa học hoặc gắn vào bề mặt của các tiểu phân này.

Thuốc tạo bởi công nghệ nano và hệ dẫn thuốc nano sử dụng hệ tiểu phân nano có nhiều ưu điểm như tăng hấp thu, tăng sinh khả dụng; tăng độ ổn định dược chất; tăng tính an toàn. Tiểu phân nano do có kích thước nhỏ, năng lượng tự do bề mặt lớn và diện tích tiếp xúc lớn nên khả năng và tốc độ hòa tan tăng, nhờ đó làm tăng sinh khả dụng (tốc độ và mức độ hấp thu của dược chất tới đích tác dụng) của thuốc. Điều này giúp làm giảm liều điều trị của nhiều thuốc như thuốc chống ung thư, chống nấm, thuốc kháng viêm không streroid (NSAIDs)…

Các tiểu phân nano (đặc biệt là tiểu phân nano có dược chất gắn với chất mang) dễ dàng đi qua được tế bào, xâm nhập máu, hệ thống nội bào, gan, tủy xương, màng ruột, lớp niêm mạc… Điều này có ý nghĩa đặc biệt đối với các dược chất có đặc tính sinh dược học kém như tính thấm qua biểu mô tế bào kém, tan kém trong nước...

Công nghệ nano trong y dược học phát triển vượt trội trong thời gian gần đây.

Trong chẩn đoán và chụp cộng hưởng từ hạt nhân MRI

Để quan sát được độ thâm nhập bên trong tế bào, các phân tử phát huỳnh quang còn được đính kết vào hệ dẫn thuốc. Việc nối kết các phân tử có khả năng phát huỳnh quang như fluorescein (phát màu xanh lục) hay rhodamine (phát màu đỏ) vào các tế bào để định vị và quan sát sự phân bố trong các thí nghiệm sinh học đã được thực hiện từ nhiều năm nay. Tuy nhiên, các phân tử huỳnh quang này có cường độ phát quang yếu và bị lu mờ sau vài phút hoạt động. Trong cùng một điều kiện kích hoạt, hạt nano tỏa sáng gấp 20 lần phân tử huỳnh quang và giữ độ sáng liên tục không bị lu mờ theo thời gian. Việc phát quang tạo ảnh giúp người quan sát nhìn thấy tế bào ở vùng sâu trong cơ thể và ước lượng được mật độ kết tập và phân bố của hệ mang thuốc tại một “địa chỉ” nào đó hay có thể được ứng dụng để phát hiện và chẩn đoán nhiều loại ung thư khác nhau.

Bên cạnh khả năng quan trắc bằng ảnh quang huỳnh quang, một kỹ thuật quan trắc hệ mang thuốc nano khác được nghiên cứu nhiều hiện nay là kỹ thuật ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) MRI. Khi hệ tải thuốc được đính kết với hạt nano siêu thuận từ, các hệ này sẽ trở thành các chất tăng tương phản ảnh MRI. Hiện tượng tăng tương phản có được là nhờ các hạt nano từ khi tương tác với phần tử nước của vùng mô lân cận sẽ làm thay đổi thời gian hồi phục CHTHN, làm cho cường độ tín hiệu hồi phục (cũng là độ sáng - tối của ảnh) ở vùng này thay đổi rất nhiều so với khi không có hạt nano từ. Kết quả là độ tương phản ảnh MRI sẽ tăng lên, làm rõ chi tiết cấu trúc mô, nhất là vùng có u ung thư và giúp ích cho việc chẩn đoán sớm u hoặc phẫu thuật chính xác.

Trong nhiệt - từ trị (hyperthermia)

Phương pháp nhiệt - từ trị sử dụng trong chữa trị ung thư được đề xuất lần đầu tiên cách đây khoảng 50 năm. Ý tưởng là tập trung các hạt từ trong vùng khối u và sau đó đốt nóng chúng dưới tác dụng của một từ trường xoay chiều, do vậy chỉ những vùng mô tế bào nào có chứa hạt từ mới chịu tác dụng của nhiệt. Trong hai chục năm lại đây, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển việc dùng hạt oxyd sắt từ kích thước nano (chủ yếu là magnetite) bọc các chất tương hợp sinh học khác nhau để tiến hành các thí nghiệm diệt tế bào ung thư và đã bắt đầu quan sát được cả hiệu quả liệu pháp này trên lâm sàng.