I. Tổng quan về vật liệu micro nano
Vật liệu micro/nano đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học vật liệu và y sinh học. Vật liệu nano có kích thước từ 1 đến 100 nanomet, trong khi vật liệu micro có kích thước lớn hơn, từ vài micromet đến vài trăm micromet. Sự khác biệt về kích thước này dẫn đến những tính chất vật lý và hóa học độc đáo, như hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Hiệu ứng bề mặt làm tăng tỉ lệ nguyên tử trên bề mặt, trong khi hiệu ứng kích thước thay đổi tính chất vật liệu khi kích thước giảm xuống cỡ nanomet. Các vật liệu Periodic mesoporous organosilicas (PMOs) là một ví dụ điển hình, với khả năng hấp phụ và xúc tác cao, mở ra nhiều ứng dụng trong y học và công nghệ nano. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu micro/nano không chỉ giúp cải thiện hiệu suất trong các ứng dụng y sinh mà còn tạo ra những cơ hội mới cho các nghiên cứu trong tương lai.
1.1. Định nghĩa khoa học nano và công nghệ nano
Khoa học nano nghiên cứu các cấu trúc và vật liệu ở kích thước nanomet, liên quan đến các thao tác vật liệu ở quy mô nguyên tử và phân tử. Công nghệ nano cho phép quan sát, đo lường và thao tác vật chất ở quy mô này, mở ra nhiều ứng dụng trong hóa học, vật lý, sinh học và y học. Theo Tổ chức sáng kiến công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ, công nghệ nano là một ngành khoa học, kỹ thuật và công nghệ được tiến hành ở quy mô nano, nơi các hiện tượng độc đáo cho phép ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
1.2. Tính chất của vật liệu micro nano
Vật liệu micro/nano có những tính chất đặc biệt khác biệt so với vật liệu khối. Khi kích thước giảm xuống cỡ nanomet, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước trở nên rõ rệt. Hiệu ứng bề mặt làm tăng tỉ lệ nguyên tử trên bề mặt, dẫn đến sự thay đổi trong năng lượng liên kết và tính chất vật lý. Hiệu ứng kích thước làm cho các tính chất vật liệu thay đổi đột ngột khi kích thước vật liệu so sánh được với độ dài đặc trưng của các tính chất đó. Điều này có nghĩa là không có sự chuyển tiếp liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano.
II. Tương tác giữa vật liệu micro nano và protein
Tương tác giữa vật liệu micro/nano và protein là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong y sinh học. Các vật liệu PMO có khả năng hấp phụ cao, cho phép gắn kết các protein như albumin huyết thanh bò (BSA) và insulin. Nghiên cứu cho thấy rằng khả năng hấp phụ của các protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm pH của dung dịch và cấu trúc của vật liệu. Việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất hấp phụ, từ đó nâng cao độ nhạy và độ chính xác trong các kỹ thuật phân tích sinh học. Các phương pháp như hấp phụ vật lý, gắn cộng hóa trị và vi bao/nhốt giữ được sử dụng để cố định protein trên các vật liệu này, mang lại nhiều lợi ích trong việc tách và làm giàu các phân tử sinh học.
2.1. Khả năng tương tác của protein với vật liệu PMO
Khả năng tương tác giữa protein và vật liệu PMO được xác định thông qua các thí nghiệm hấp phụ. Các nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu nano có khả năng hấp phụ cao hơn so với vật liệu micro, nhờ vào diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lỗ rỗng. Sự khác biệt này cho phép vật liệu nano hấp phụ nhiều protein hơn trong cùng một thể tích dung dịch. Các yếu tố như pH và nồng độ protein cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ, cho thấy rằng việc điều chỉnh các điều kiện này có thể tối ưu hóa quá trình hấp phụ.
2.2. Ứng dụng trong y học
Việc sử dụng vật liệu micro/nano trong y học mang lại nhiều hứa hẹn cho các ứng dụng như làm giàu protein và phát hiện các marker sinh học. Các vật liệu PMO có thể được sử dụng để tách và làm giàu các protein từ dịch sinh học, giúp tăng độ nhạy và độ chính xác trong các phương pháp phân tích. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc phát hiện sớm các bệnh lý như ung thư và đái tháo đường, nơi nồng độ của các dấu chỉ sinh học thường rất thấp. Sự phát triển của các công nghệ này có thể cải thiện đáng kể khả năng chẩn đoán và điều trị trong y học hiện đại.
