Phát hiện các kháng nguyên ung thư bằng các hốc nano

Theo nghiên cứu mới đây của các nhà khoa học Mỹ, các hốc có kích thước nanomet trên các màng siêu mỏng vàng chế tạo trên đế thủy tinh có thể sử dụng trong các cảm biến sinh hóa.

Kỹ thuật mới này không đòi hỏi việc đánh dấu các phân tử sinh học như các phương pháp thăm dò hiện tại, được thực hiện bằng cách đo sự thay đổi của đỉnh cộng hưởng plasmon bề mặt (surface plasmon resonance - SPR) trong phổ ánh sáng hồng ngoại truyền qua các hốc.

Nó có thể dùng để cảm nhận có lựa chọn các kháng nguyên gây ung thư chỉ với lượng nhỏ tới picogam (10-12g) khi mà bề mặt vàng và thủy tinh bị thay đổi bởi các phân tử sinh học (Các kết quả này vừa được công bố trên Applied Physics Letters 90 073901, 2007).

Xu thế sử dụng các hạt nano của các kim loại quý đang tăng lên trong các sensor quang nano. Các hạt nano này có tính tán xạ quang học cao và khả năng hấp thụ các bước sóng vùng khả kiến và hồng ngoại gần do hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt địa phương (localized SPR). Thực chất cộng hưởng plasmon bề mặt là một hiệu ứng cổ điển mà ở đótrường điện từ của ánh sáng đã lái các dao động tập thể của điện tử tự do trong các hạt nano đến cộng hưởng. Hiệu ứng này có thể xảy ra khi một sóng ánh sáng phân cực phẳng chiếu vào một màng kim loại dưới điều kiện phản xạ toàn phần.

Các nhà nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các hốc có kích thước nano trong các màng mỏng (mỏng ỏ thuộc tính quang học) vàng có xuất hiện hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt địa phương (LSPR). Khi các hốc này được phân bố một cách ngẫu nhiên, hiệu ứng LSPR của các hốc tạo nên một peak (đỉnh) cộng hưởng trong phổ hấp thụ. Và vị trí của đỉnh này có thể thay đổi phụ thuộc vào môi trường xung quanh các hốc - một hiệu ứng có thể được khai thác để thiết kế các sensor dựa trên hiệu ứng SPR có thể sử dụng để phát hiện các phân tử khác nhau xung quanh hốc.

Jerome Schultz và các đồng nghiệp ở Đại học California, Riverside (Hoa Kỳ) đã chế tạo thành công loại sensor đó. Để tạo ra các hốc nano trên đế thủy tinh, ban đầu nhóm đã tạo ra các hạt nano hình cầu polystyrene phân bố ngẫu nhiên trên bề mặt thủy tinh. Tiếp đến, dùng vàng đề phủ các hạt cầu này, và cuối cùng loại bỏ các nhân cầu polystyrene. Các hốc này có đường kính khoảng 60 nm trên bề mặt của màng mỏng vàng dày 20 nm (xem hình 1).

Hình 1. Ảnh hiển vi điện tử các hốc. (Ảnh: Nanotechweb)

Schultz và các cộng sự đã đo phổ hấp thụ của linh kiện này và phát hiện ra rằng nó có một đỉnh cộng hưởng tại bước sóng 600 nm. Để chứng tỏ tấm này có thể sử dụng như một sensor sinh học không cần đánh dấu tế bào, các nhà nghiên cứu đã gắn các kháng thể của kháng nguyên 19-9 (CA 19-9) trên bề mặt ở dạng các dung dịch chứa CA 19-9 trên bề mặt của linh kiện, sau đó đo phổ hấp thụ một lần nữa. Và kết quả là đỉnh cộng hưởng bịi dịch đi về phía sóng dài 10 nm (dịch chuyển đỏ).

Các nhà nghiên cứu cũng xác định một lượng nhỏ kháng nguyên chỉ 1 pg cũng có thể được phát hiện ra. Họ cũng khẳng định rằng linh kiện có thể chế tạo để phát hiện có lựa chọn các kháng nguyên gây ung thư khác nhau bằng cách chức năng hóa bề mặt thủy tinh với các kháng thể trước.

Hình 2. Kháng nguyên CA125.

"Công nghệ này cho phép chúng ta phát hiện và lượng hóa các chế phẩm sinh học mà không cần đánh dấu các tế bào hay phân tử sinh học" - Schultz giải thích - "Nhiều kỹ thuật khác đòi hỏi đánh dấu bằng huỳnh quang, hay enzymer hoặc sinh phẩm thứ cấp khác... nhưng kỹ thuật của chúng tôi chỉ cần với một phân tử ghi nhận sinh học, chẳng hạn như một kháng thể, có thể có các ái lực hóa học đặc trưng với các chế phẩm sinh học".

Nhóm đang tiến hành cácnghiên cứu để lắng đọng nhiều loại phân tử ghi nhận sinh học lên một đế. Các kết quả này vừa được công bố trên tạp chí danh tiếng Applied Physics Letters.

Vạn lý Độc hành