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. Khoa học nano nghiên cứu các cấu trúc ở kích thước nanomet, từ đó phát triển các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 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 đặc biệt, như hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. 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 sinh học.
1.1. Định nghĩa khoa học nano và công nghệ nano
Khoa học nano là ngành nghiên cứu về cấu trúc và vật liệu ở kích thước nanomet. Công nghệ nano cho phép thao tác và sản xuất vật chất ở quy mô này, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong hóa học, vật lý và sinh học. Theo Tổ chức sáng kiến công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ, công nghệ nano có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến điện tử. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu nano và micro không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra những sản phẩm mới với tính năng vượt trội.
II. 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 tỷ 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 ảnh hưởng đến các tính chất như độ dẫn điện, độ bền và khả năng phản ứng hóa học. Những tính chất này làm cho vật liệu nano trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển các phương pháp điều trị và chẩn đoán mới.
2.1. Vật liệu Periodic mesoporous organosilicas PMOs
PMOs là một loại vật liệu nano có cấu trúc đặc biệt, được tổng hợp từ các tiền chất hữu cơ. Chúng có diện tích bề mặt cao và khả năng hấp phụ tốt, cho phép ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xúc tác và hấp phụ. PMOs có thể được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp sol-gel, giúp kiểm soát kích thước và hình dạng của lỗ rỗng. Sự phát triển của PMOs mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và ứng dụng y sinh học, đặc biệt trong việc cố định và làm giàu protein.
III. Ứng dụng của vật liệu micro nano trong y học
Vật liệu micro/nano đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong y học, đặc biệt là trong việc phát hiện và điều trị bệnh. Các vật liệu nano có khả năng tương tác tốt với các phân tử sinh học, giúp cải thiện độ nhạy và độ chính xác trong các phương pháp chẩn đoán. Việc sử dụng vật liệu PMO trong việc cố định protein và enzyme đã cho thấy hiệu quả cao trong việc tăng cường hoạt tính sinh học và khả năng tái sử dụng. Các ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả điều trị mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai.
3.1. Cố định protein và enzyme
Cố định protein trên vật liệu micro/nano là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu y sinh học. Các phương pháp cố định như hấp phụ vật lý, gắn cộng hóa trị và vi bao/nhốt giữ đã được áp dụng để cải thiện tính ổn định và khả năng tái sử dụng của protein. Việc cố định protein không chỉ giúp dễ dàng tách ra khỏi môi trường phản ứng mà còn cải thiện các đặc tính xúc tác. Các vật liệu PMO với cấu trúc lỗ rỗng cho phép cố định protein một cách hiệu quả, mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y học và công nghệ sinh học.
