Tóm tắt LUẬN VĂN THẠC SĨ TÌM HIỂU VỀ HẠT NANO VÀNG VÀ CÁC HƯỚNG ỨNG DỤNG HIỆN NAY

     Công nghệ nano đang có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây.Các nghiên cứu và phát minh trong lĩnh vực này ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong cuộc sống.Trong công nghệ sinh học, các vật liệu với kích thước nano đang là một hướng nghiên cứu mới chiếm nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.Vật liệu nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài).Với kích thước nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus các phần tử nano thực sự đang là một “vũ khí” mới của các nhà khoa học.

     Trong khóa luận này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các hạt nano vàng, các phương pháp để kết hợp hạt vàng với phần tử sinh học và ứng dụng của hạt vàng trong việc chế tạo các bộ kit chuẩn đoán nhanh.

Mục lục

Mở đầu. 1

Chương 1:  Tổng quan về hạt vàng. 3

1.1.  Giới thiệu về hạt vàng. 3

1.2.  Các tính chất của hạt nano vàng. 4

• 1.2.1. Tính chất quang học. 4
• 1.2.2. Tính chất điện.. 6
• 1.2.3. Tính chất từ.. 6
• 1.2.4. Tính chất nhiệt. 6
• 1.2.5. Tính chất xúc tác vàng trên chất mang. 6

1.3. Công nghệ sản xuất hạt nano vàng, nhụ vàng. 8

• 1.3.1.  Lịch sử.. 8
• 1. 3.2. Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng. 8
• 1.3.3.  Phương pháp khử hoá học. 9
• 1.3.4.  Phương pháp từ thực vật. 10
• 1.3.5.  Các phương pháp tổng hợp khác. 12

1.4.Các hướng ứng dụng gần đây. 12

• 1.4.1.  Khám phá mới về sự diệt tế bào bằng hiệu ứng quang nhiệt. 12
• 1.4.2.  Xúc tác quang hóa khả kiến nhờ các hạt nano vàng.15
• 1.4.3.  Phát hiện ung thư qua hơi thở.. 16

Chương 2: Ứng dụng của hạt vàng trong chế tạo kit chuẩn đoán nhanh. 18

2.1.Nghiên cứu nhũ vàng và vàng cụm trong lĩnh vực mới18

• 2.1.1.  Nhũ vàng. 18
• 2.1.2.  Vàng cụm... 19
• 2.1.3.  Những phản ứng đánh dấu.. 19
• 2.1.4.  Phép tính tỷ lệ của sự đánh dấu.. 21

2.2.  Các cách quan sát trong quá trình gắn kết. 21

• 2.2.1.  Sử dụng kính hiển vi điện tử.. 21
• 2.2.2.  Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). 24
• 2.2.3.  Nano vàng huỳnh quang hoá. 24
• 2.2.4.  Gắn kết bằng metallosomes (micelles, liposomes). 25
• 2.2.5.  Tăng cường hạt vàng. 26

     2.3. Phương pháp miễn dịch học sắc ký. 27

• 2.3.1.  Giới thiệu.. 27
• 2.3.2. Về thứ tự sắp xếp lắp ráp.. 29
• 2.3.3. Về thành phần tham gia. 30
• 2.3.4. Về nguyên tắc hoạt động của phản ứng và đánh giá kết quả. 31

Kết luận. 33

Tài liệu tham khảo. 35

Danh sách hình vẽ

Hình 1: Hạt nano vàng (Au) với 2 liên kết điện tích bề mặt và dạng sản xuất tiêu thụ trên thế giới.

Hình 2: Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước khác nhau có màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt (biểu thị bằng nm).

Hình 3: Ảnh chụp các hạt nano vàng trên chất MICA chụp bằng kính hiển vi

nguyên tử (AFM).

Hình 4: Một cấu trúc tinh thể từ các phân tử nano vàng.

Hình 5: Ảnh TEM các hạt nano vàng có kích thước 10 và 30 nm liên kết với nhau theo tỷ lệ riêng biệt bằng cách sử dụng các DNA-ghép nối.

Hình 6: Các hạt nano vàng trong tế bào trước và sau khi chiếu xạ laser.

Hình 7: Quá trình bổ sung hạt nano vàng lên dây nano bạc clorua.

Hình 8: Sự phát hiện các loại ung thư khác nhau.

Hình 9: Sơ đồ các phản ứng hoá học mà liên kết đồng hoá trị của các cụm vàng với các nhóm cụ thể.

Hình 10: Sơ đồ các bước gắn nhãn thiol bản lề của một đoạn kháng thể Fab với một cụm vàng.

Hình 11: Ảnh hiển vi điện tử truyền quét nền tối của nano vàng đánh dấu mảnh Fab.

Hình 12: Ảnh hiển vi điện tử quét nền tối phản ánh phân tử fibrinogen đơn được phản ứng với mảnh Fab gắn hạt nano vàng.

Hình 13: Sơ đồ  đánh dấu các peptit với các cụm vàng.

Hình 14: Ảnh kính hiển vi điện tử truyền quét nền tối của một loại protein lớn(proteasomes) được đánh dấu với nano vàng−protein chứa tinh bột gốc β, sau khi làm sạch cột mẫu được nhuộm với vanadat methylamine (Nanovan, các đầu dò nano).

Hình 15: Sơ đồ xây dựng đầu dò nano vàng gắn mảnh Fab’ phát huỳnh quang.

Hình 16: Hình mô tả gắn thêm lipit lên trên lớp Nano vàng liên kết photpho (dipalmatoyl- phosphatidylethanolamine, DPPE)

Hình 17: Ảnh hiển vi điện tử truyền quét tối của Nano vàng-photpho-lipit sau khi tụ lại thành mảng nhỏ trên mặt nước.

Hình 18: Sơ đồ tăng cường vàng

Hình 19: Mô hình lắp ráp các thành phần của bộ kit ICT (I) và đánh giá kết quả (II)

Mở đầu

Nano là một lĩnh vực còn rất mới, mặc dù thế giới đã có nhiều nghiên cứu sản xuất công nghệ này. Công nghệ nano ngày càng tỏ ra chiếm ưu thế trong công nghiệp lẫn trong đời sống.

Vật thể kích thước nano có những tính chất đặc biệt khiến cho chúng ta khó có thể tin đó là sự thật. Ví dụ như vàng, một kim loại được xem là trơ nhất trong tất cả các kim loại nhưng ở kích cỡ nano vàng có những tính chất mà chúng ta không thể nào nghĩ đến được. Đặc biệt là khi phân bố đều trên các oxit kim loại. Vấn đề này đã thu hút nhiều sự chú ý của các nhà khoa học nghiên cứu, giải thích và tìm cách tạo ra các loại vật liệu kích cỡ này.

Khi đạt đến kích cỡ nano, các kim loại chuyển tiếp có khả năng hoạt động rất mạnh. Những hoạt tính ở kích cỡ thông thường kim loại không thể hiện, nhưng khả năng diệt khuẩn, khả năng xúc tác cho nhiều phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thường hoặc ở nhiệt độ âm, và quan trọng nữa là tính dẫn thuốc thông minh trong y học, hơn nữa nó có tính tự phát quang khi chiếu tia sáng vào, mà không cần đến chất phát quang gây độc tới các tế bào như một số hóa chất sử dụng để tạo phát huỳnh quang trong công nghệ sinh học v.v…Lợi dụng các tính chất này, rất nhiều nano của kim loại ứng dụng vào thực tế cuộc sống và trong công nghiệp.

Hạt nano kim loại mang đặc tính gắn kết, một khi được gắn với kháng nguyên hoặc kháng thể (thông thường là kháng thể đơn dòng), được lắp ráp trong các loại hình dụng cụ chẩn đoán, có thể sử dụng như là một loại công cụ phát hiện nhanh tác nhân gây bệnh. Kháng nguyên hoặc kháng thể là các phân tử protein có nhiều gốc liên kết và mang điện tích, nên chúng có khả năng kết hợp với hạt nano (ví dụ: hạt vàng, được sử dụng nhiều nhất); đồng thời kháng nguyên và kháng thể đặc hiệu còn có khả năng kết hợp với nhau bằng liên kết miễn dịch học. Do vậy, khi sử dụng làm công cụ chẩn đoán, hạt nano vàng sẽ giúp chúng ta trong chỉ thị phát hiện theo nguyên lý miễn dịch học, xảy ra nhanh, dễ làm, kết quả chính xác.

Trong chuyên đề này, chúng tôi giới thiệu hạt nano vàng (dạng keo, colloidal gold), các dạng hạt nano vàng đang được sử dụng, liên kết của hạt vàng với các phần tử sinh học và nguyên lý ứng dụng tạo kit chẩn đoán nhanh trên nguyên lý miễn dịch học sắc ký, có vai trò của nano vàng.

Chương 1:  Tổng quan về hạt vàng

1.1. Giới thiệu về hạt vàng

Vàng là tên nguyên tố hoá học có kí hiệu Au và số nguyên tử 79 trong bảng tuần hoàn. Là kim loại chuyển tiếp (hoá trị 3 và 1) mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng và chiếu sáng khi thành khối, nhưng có thể có màu đen, hồng ngọc hay tía khi được cắt nhuyễn.Vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưng lại chịu tác dụng của nước cường toan (aqua regia) để tạo thành axit cloroauric cũng như chịu tác động của dung dịch xyanua của các kim loại kiềm. Kim loại này có ở dạng quặng hoặc hạt trong đá và trong các mỏ bồi tích và là một trong số kim loại đúc tiền, có giá trị vô cùng to lớn trong cuộc sống của con người từ xưa tới nay.

Thời Trung Cổ, vàng thường được xem là chất có lợi cho sức khoẻ, với niềm tin rằng một thứ hiếm và đẹp phải là thứ tốt cho sức khoẻ. Thậm chí một số người theo chủ nghĩa bí truyền và một số hình thức y tế thay thế khác coi kim loại vàng có sức mạnh với sức khoẻ. Một số loại muối của vàng thực sự có tính chất chống viêm và đang được sử dụng trong y tế để điều trị chứng viêm khớp và các loại bệnh tương tự khác.Tuy nhiên, chỉ các muối và đồng vị của vàng mới có giá trị y tế, khi là nguyên tố (kim loại) vàng trơ với mọi hoá chất nó gặp trong cơ thể. Ở thời hiện đại, tiêm vàng đã được chứng minh là giúp làm giảm đau và sưng do thấp khớp và lao.

     Ngày nay, nhờ vào tiến bộ trong lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), người ta có thể xác định thêm nhiều đặc tính khác của kim loại này. Khi khoa học công nghệ phát triển và nhu cầu sử dụng trong các ứng dụng sinh - y học, thì hạt vàng có thêm ứng dụng mới trong thực tiễn dưới dạng đặc biệt đó là đó là: hạt Nano vàng (Hình 1).

Hình 1: Hạt nano vàng (Au) với 2 liên kết điện tích bề mặt và dạng sản xuất tiêu thụ trên thế giới

(Nguồn: http://www.devicelink.com/ivdt/archive/00/03/004.html )

Khi được chia nhỏ ở trạng thái phân tử có kích thước vài nanomet (nm), nguyên tố này có rất nhiều đặc tính riêng biệt. Trước tiên chúng sẽ thay đổi màu sắc, chuyển từ màu vàng sang màu đỏ hoặc tím nhạt. Sự chuyển màu này có được là do trong phân tử nano vàng không hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm trong vùng quang phổ như các miếng vàng khối thông thường.

Bảng 1.1. Kích cỡ hạt nano vàng đang được sử dụng hiện nay

Ở trạng thái nano, vàng cũng có khả năng cố định các phân tử sinh học (kháng nguyên và kháng thể). Vì vậy, các phân tử vàng có thể sử dụng trong rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chẩn đoán y khoa.

1.2.  Các tính chất của hạt nano vàng

1.2.1. Tính chất quang học

Tính chất quang học của hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau đã được người La Mã sử dụng từ hàng ngàn năm trước. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích.

Do vậy, tính chất quang của hạt nano được có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.

Hình 2. Dạng sản phẩm nano vàng được sản xuất trên thế giới với kích thước khác nhau có màu sắc khác nhau tuỳ thuộc kích thước của hạt (biểu thị bằng nm)

(Nguồn:  http://www.tedpella.com/gold_html/gold-colloids-wcopy.jpg)

1.2.2. Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại.

Định luật Ohm cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính. Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực.

1.2.3. Tính chất từ

Các kim loại quý như vàng, bạc,... có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trang thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, ni ken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.

1.2.4. Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm có Tm = 950°C .

1.2.5. Tính chất xúc tác vàng trên chất mang

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của vàng chưa được hiểu một cách đầy đủ. Nhưng sự tồn tại của hạt nano vàng (<10nm) là yêu cầu cần thiết thực nhất trong quá trình tổng hợp xúc tác nano vàng. Minh chứng cụ thể nhất chỉ ra ở hình dưới.

Hình 3: Ảnh chụp các hạt nano vàng trên chất MICA chụp bằng kính hiển vi

nguyên tử(AFM).

-Ảnh bên trái, vàng hoạt tính (kích thước trung bình dưới 10 nm) được tổng hợp bằng cách làm bay hơi trong khí Ar và được tôi luyện ở nhiệt độ 773K.

-Ảnh bên phải, hạt vàng không hoạt tính (kích cỡ hạt trung bình 1μm) được tổng hợp bằng cách làm bay hơi trong chân không và tôi luyện ở 773K.

(Nguồn:  http://htmlimg1.scribdassets.com/8fxe54yssgo311x/images/17-5f2285d69b/000.jpg)

Ngoài ra xúc tác vàng còn khả năng kháng đầu độc. Một đặc trưng thu hút sự chú ý đặc biệt là khả năng kháng đầu độc mà hệ thống vàng trên chất nên chống lại sự nhiễm độc lưu huỳnh. Có một số ít công trình nghiên cứu chứng minh vấn đề này. Tất cả đều chứng minh xúc tác vàng nano trên chất mang có khả năng chịu đựng sự đầu độc lưu huỳnh gấp 5-7 lần so với xúc tác thông thường. Bên cạnh đó có thể sử dụng làm sạch lưu huỳnh đầu độc trên bề mặt xúc tác kim loại ở nhiệt độ thấp.

1.3. Công nghệ sản xuất hạt nano vàng, nhụ vàng   

1.3.1. Lịch sử

Vào khoảng giữa thế kỷ thứ 19 các nhà khoa học trên thế giới bắt đầu quan tâm đến các dung dịch keo.Năm 1857, Michael Faraday đã công bố bản báo cáo toàn diện về quá trình chuẩn bị và các thuộc tính của dung dịch keo vàng.

Trong suốt những năm cuối thế kỷ 19 và những năm đầu thế kỷ 20, các nghiên cứu về keo vàng ngày càng được mở rộng: Bredig đã phát triển phương pháp hình cung để điều chế keo vàng, Zsigmondy phát minh ra kính siêu hiển vi phục vụ cho việc nghiên cứu thuộc tính của keo vàng, Mie đưa ra một lý thuyết giải thích màu sắc của dung dịch nhụ vàng, Schulze and Hardy nghiên cứu về sự ổn định của keo vàng với sự có mặt của các ion với các hóa trị khác nhau, Einstein đưa ra một học thuyết về chuyển động Brown của dung dịch keo vàng và Smoluchowski phát biểu một học thuyết về quá trình làm đông.

Các ứng dụng trong y tế là một đề tài nghiên cứu trong thời gian này.Nhụ vàng đã và đang được sử dụng để điều trị chứng viêm khớp.Một số các loại bệnh có thể được chẩn đoán thông qua tương tác của nhụ vàng với dịch tủy lấy từ cơ thể bệnh nhân.

Sau chiến tranh Thế giới lần I các nghiên cứu về dung dịch keo chuyển sự quan tâm từ các chất vô cơ sang các phân tử hữu cơ có khối lượng nguyên tử lớn bao gồm các polymer và các phân tử hóa-sinh.Các nghiên cứu về dung dịch hóa keo cổ điển gặp khó khăn do các kính hiển vi không có khả năng phân giải hình ảnh của các hạt keo có đường kính chỉ khoảng 2.5 nm.

Việc phát minh ra kính hiển vi điện tử những năm đầu chiến tranh Thế giới lần II đã mở ra một chương mới trong việc nghiên cứu chi tiết các hạt keo.Độ phân giải của kính hiển vi điện tử trong năm 1945 là 2 nm và đến năm 1985 là 0.2 nm.Các nguyên tử riêng rẽ có thể được hiển thị và các khoảng trống trong mạng nguyên tử cũng đã được mô tả lại.

1. 3.2.  Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng

Cấu trúc của các nhân tử nano vàng hiện rõ nhờ phép phân tích cấu trúc tinh thể dưới tia X. Đó là công việc chưa từng có do Roger Kornberg và các đồng nghiệp đã thực hiện . Theo đó, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên vén bức màn cấu trúc phân tử  nano vàng. Sự sắp xếp của các nguyên tử trước đây vẫn còn là bí ẩn. Nhưng giờ đây, mọi bí ẩn đã sáng tỏ, cách phân tích hình học 3D của phân tử nano vàng đã được đăng trên Tạp chí Science số ra ngày 19/10.

Nhóm của Kornberg (Trường Đại học Stanford, Mỹ) đã thành công trong việc tạo ra một cấu trúc tinh thể từ các phân tử nano vàng và giải mã hình học của chúng khi cho qua các tia X. Toàn bộ cấu trúc gồm 102 nguyên tử vàng được bọc bởi một đơn của 44 nguyên tử chứa lưu huỳnh.[47]

Hình 4: Một cấu trúc tinh thể từ các phân tử nano vàng

( Nguồn: http://www.aday.com.vn/UserFiles/newslang/icon/4382/441148.jpg )

1.3.3.  Phương pháp khử hoá học

Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có chứa các muối của các kim loại như HAuCl₄, H₂PtCl₆, AgNO₃. Tác nhân khử ion kim loại Ag⁺, Au⁺ thành Ag0, Au0 ở đây là các chất hóa học như Citric acid, vitamin C, Sodium Borohydride NaBH₄, Ethanol (cồn), Ethylene Glycol (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức như thế này còn có một cái tên khác là phương pháp polyol). Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt. Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng. Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm có thể được chế tạo từ phương pháp này.

1.3.4.  Phương pháp từ thực vật

Hai nhà nghiên cứu Miguel Yacaman và Jorge Gardea-Torresdey của trường Đại học Texax nghiên cứu ra cách lấy được vàng từ lúa mỳ, cây linh lăng thảo, hoặc tốt hơn cả là cây lúa kiều mạch. Không cần đến những phương pháp tổng hợp phức tạp, trong thời đại ngày nay, các chất hoà tan đơn giản sẽ đủ để biến những cây trồng ở gia đình thành một nguồn kim loại quý giá.  

Thực tế, những gì thu được là rất nhỏ. Vàng thu được xuất hiện dưới dạng những hạt nhỏ chỉ bằng một phần tỷ mét. Nhưng cả hai nhà khoa học cho rằng phương pháp tận dụng khả năng hấp thụ kim loại của thực vật có thể cung cấp một cách khai thác vàng rẻ hơn cách khai thác vàng từ đất vì thực vật cung cấp vàng ở những dạng hoàn toàn thích hợp với việc sử dụng trong lĩnh vực công nghệ nano đang phát triển.     

Thực vậy, công trình lần đầu tiên các nhà nghiên cứu ghi nhận thực vật sống hình thành nên các hạt vàng cực nhỏ này đã mở ra “một phương pháp mới thú vị để chế tạo các hạt nano” theo như lời của Gardea Torresdey, Trưởng Khoa Hoá học của trường Đại học Texas ở El Paso. Ông cũng lưu ý rằng phương pháp hiện thời để tạo ra các hạt vàng nano rất tốn kém và có các phản ứng hoá học gây ô nhiễm. Ông cho rằng sử dụng thực vật vừa “hiệu quả về kinh tế lại vừa bảo vệ môi trường”.

Từ lâu, các nhà nghiên cứu đã biết rằng thực vật hấp thụ kim loại. Khả năng hấp thụ tất cả các dạng hợp chất độc hại của thực vật đã tạo cho thực vật có công dụng như những chiếc máy hút bụi sinh học cho những vùng bị ô nhiễm bởi những chất độc từ thủy ngân (arsenic), TNT (thuốc nổ) và kẽm (zinc) cho đến phóng xạ.Theo một vài tính toán thì làm sạch môi trường bằng thực vật (phytoremediation) có thể trở thành một ngành kinh doanh trị giá từ 214 triệu USD đến 370 triệu USD trong vòng vài năm tới.

Thật vậy, theo ông Yacaman, Giáo sư Hoá-Năng lượng từ  Mexico đến Austin hai năm trước đây cho biết phần quan trọng nhất trong bài toán lấy vàng từ cây linh lăng thảo được ông phát hiện ra khi cố gắng làm sạch vùng ngoại ô thành phố Mexico. Trong khi đang là giám đốc của Học viện Vật lý tại trường Đại Học độc lập quốc gia của Mexico, Yacaman đã cùng với Garden Torresdey sử dụng dụng thực vật để làm sạch vùng bị ô nhiễm nặng crôm.

Khi cả hai phân tích những cây này thì “ngạc nhiên lớn là những kim loại đó không bị biến mất bên trong thân cây mà kết tủa lại như những chùm hạt nano, đúng như những cái được gọi là những hạt lượng tử trong công nghiệp điện tử” ông Yacaman cho biết. Vậy là bắt đầu từ một dự án làm sạch ô nhiễm bằng thực vật thì bây giờ nó đã nhanh chóng trở thành một dự án nghiên cứu công nghệ nano.

Hai nhà khoa học và các đồng nghiệp của họ đều biết rằng thực vật đã từng được sử dụng để tìm vàng.Ví dụ, ở những vùng nhiệt đới, các nhà nghiên cứu ở Australia, Canada và Papua New Guinea đã nhận thấy những hàm lượng vàng trong thực vật có thể làm cho thực vật trở thành vật thay thế hữu hiệu cho những mẫu đất trực tiếp để tìm ra những vùng đất có vàng mới. Đối với những vùng đất bị phủ bụi và tro do các vụ phun trào núi lửa, nên không thể thăm dò trực tiếp, thì thực vật có hiệu quả đặc biệt.

Một câu hỏi được đặt ra là liệu cây trồng theo mùa vụ có hấp thụ vàng dễ dàng và   ở dưới dạng hạt nano không? Nhóm nghiên cứu bắt đầu với cây linh lăng thảo, làm cho các hạt nảy mầm trong một môi trường nhân tạo giàu vàng. Sử dụng tia X mạnh và kính hiển vi điện, họ không chỉ thấy vàng trong các mầm cây linh lăng thảo mà còn thấy chúng hình thành nên các hạt nano mà họ đang tìm kiếm. Ông Yacaman cho biết, hiện nay việc chắt lọc những mảnh kim loại này không khó vì “dễ dàng hoà tan các chất hữu cơ và giữ lại vàng còn nguyên vẹn”.

Mặc dù những thử nghiệm ban đầu này cho thấy các hạt vàng được hình thành ở những hình dạng ngẫu nhiên, ông Yacaman cho biết, bằng cách thay đổi độ axít trong môi trường sinh trưởng thì hình dạng sẽ trở nên đồng nhất hơn. Kể từ khi công trình này được đăng trên mục Nano Letters của Tạp chí American Chemical Society, nhóm đã tiến hành nghiên cứu với các kim loại khác, sử dụng thực vật để chế tạo nên các hạt nano bạc, europium, palladium và sắt. Ông Yacaman cho biết hiện nay nhóm đang chế tạo ion platium có thể sử dụng cho ghi băng từ. Đối với sản xuất quy mô công nghiệp, nhóm nghiên cứu cho rằng những cây trồng này có thể được trồng trong nhà trên đất giàu vàng hoặc chúng có thể được “canh tác” ỏ những mỏ vàng bị bỏ hoang. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm với lúa mỳ và lúa kiều mạch và nhận thấy lúa kiều mạch hấp thụ vàng từ đất tốt hơn cây linh lăng thảo. Đây cũng là một phương pháp chế tạo hoàn toàn

Tài liệu tham khảo:

Tài liệu Tiếng Việt:

[1]  Nguyễn Đình Phúc và Lê Thanh Hòa (2008). Virus Epstein-Barr gây ung thư vòm mũi họng và một số phương pháp hiện đại ứng dụng trong chẩn đoán. Tổng quan. Tạp chí Công nghệ Sinh học, 6(2): tr.1-18.

Tài liệu Tiếng Anh:

[2]  Bronzan RN, Mwesigwa-Kayongo DC, Narkunas D, Schmid GP, Neilsen GA, Ballard RC, Karuhije P, Ddamba J, Nombekela E, Hoyi G, Dlali P, Makwedini N, Fehler HG, Blandford JM, Ryan C  “ On-site rapid antenatal syphilis screening with an immunochromatographic strip improves case detection and treatment in rural South African clinics” , Sex Transm Dis (2007)

[3]  Dreyer G, Norões J, Lanfredi R, Lins R, Oliveira-Menezes A, Figueredo-Silva J.“ Preliminary observations on fluids incubated with Wuchereria bancrofti using the immunochromatographic test ”,  Rev Soc Bras Med Trop (2008), 41(2): pp.209-211.

[4]  Gómez MC, Nieto JA, Escribano MA “ Evaluation of two slide agglutination tests and a novel immunochromatographic assay for rapid diagnosis of infectious mononucleosis”, Clin Diagn Lab Immunol (2000) 7(5): pp.840-841.

[5]  Hainfeld JF, Powell RD  “ Nanogold technology: New frontiers in gold labeling”  ,Cell Vis ( 1997 )  4: pp.408–432

[6]  Hainfeld JF, Powell RD, Stein JK, Hacker GW, Hauser–Kronberger  C, Cheung ALM  “Gold-based autometallography ” (1999) In Bailey GW, Jerome WG, McKernan S, Mansfield JF, eds. Proc 57th Annu Mtg Microsc Soc Am. New York, Springer-Verlag, pp.486–487

[7]  Hanahan D, McDonald DM (1998) “ Cationic liposomes target angiogenic endothelial cells in tumors and chronic inflammation in mice”, J Clin Invest 101: pp.1401–1413

[8]  Handley DA “ The development and application of colloidal gold as a microscopic probe”  , Colloidal Gold: Principles, Methods, and Applications. Vol 1. San Diego, Aca- demic Press, pp.1–32

[9]  Hawkes M  Kain KC “ Advances in malaria diagnosis ”, Expert Rev Anti Infect Ther (2007) ; 5(3): pp.485-95.

[10]  Horisberger M “ Qantitative aspects of labeling colloidal gold with proteins” In Verkleij AJ, Leunissen JLM, eds. Immuno-gold Labeling in Cell Biology. Boca Raton, FL, CRC Press (1989)  pp.49–60

[11]  Keohane EM, Orr GA, Takvorian PM, Cali A, Tanowitz HB, Witt- ner M, Weiss LM “ Polar tube proteins of microsporidia of the family encephalitozoonidae” , J Eukaryot Microbiol ( 1999 ) 46: pp.1–5

[12]  Kramarcy NR, Sealock R  “ Commercial preparations of colloidal gold antibody complexes frequently contain free active antibody”, J Histochem Cytochem (1991)  39: pp.37–39

[13]  Krenács T, Krenács L “ Comparison of embedding media for immunogold-silver staining.” In Hayat MA, ed. Immunogold Sil- ver Staining: Principles, Methods and Applications. (1995)  Boca Raton, FL, CRC Press, pp.57–70

[14]  Laderman EI, Whitworth E, Dumaual E, Jones M, Hudak A, Hogrefe W, Carney J, Groen J “ Rapid, sensitive, and specific lateral-flow immunochromatographic point-of-care device for detection of herpes simplex virus type 2-specific immunoglobulin G antibodies in serum and whole blood”, Clin Vaccine Immunol (2008) 15(1): pp.159-163.

[15]  Lipka JJ, Hainfeld JF, Wall JS “Undecagold labeling of a glycoprotein: STEM visualization of an undecagoldphosphine clus- ter labeling the carbohydrate sites of human haptoglobin-hemo- globin complex” (1983), J Ultrastruct Res 84: pp.120–129

[16]  Luo RZ, Beniac DR, Fernandes A, Yip CC, Ottensmeyer FP (1999) “ Quaternary structure of the insulin-insulin receptor complex” Science (1999) 285: pp.1077–1080

[17]  McPartlin M, Mason R, Malatesta L “ Novel cluster complexes of gold(0)-gold(1)”, J Chem Soc Chem Commun 334 Mosesson MW, Siebenlist KR, Meh DA, Wall JS

[18]  Muldoon MT, Teaney G, Li J, Onisk DV, Stave JW  “ Bacteriophage-based enrichment coupled to immunochromatographic strip-based detection for the determination of Salmonella in meat and poultry ”,  J Food Prot  (2007); 70(10): pp.2235-2242.

[19]  Nga TT, Thai KT, Phuong HL, Giao PT, Hung Le Q, Binh TQ, Mai VT, Van Nam N, de Vries PJ “Evaluation of two rapid immunochromatographic assays for diagnosisof dengue among Vietnamese febrile patients”  Clin Vaccine Immunol ( 2007 ) 14(6): pp.799-801

[20]  Nusser Z, Roberts JD, Baude A, Richards JG, Somogyi P “Relative densities of synaptic and extrasynaptic GABAA recep- tors on cerebellar granule cells as determined by a quantitative immunogold method”, J Neurosci (1995) 15: pp.2948-2960

[21]  Peck RB, Schweizer J, Weigl BH, Somoza C, Silver J, Sellors JW, Lu PS “A magnetic immunochromatographic strip test for detection of human papillomavirus 16 E6”, Clin Chem (2006) 52(11): pp.2170-2172.

[22]  Peonim V, Chirachariyavej T, Atamasirikul K, Talthip J “ Comparable between rapid one step immunochromatographic assay and ELISA in the detection of prostate specific antigen in vaginal specimens of raped women.”,  J Med Assoc Thai (2007); 90(12): pp.2624-2629.

[23]  Powell RD, Halsey CM, Hainfeld JF “ Combined fluorescent and gold immunoprobes: reagents and methods for correlative light and electron microscopy “ Microsc Res Tech (1998) 42: pp.2–12

[24]  Powell RD, Halsey CMR, Liu W, Joshi V, Hainfeld JF “Giant platinum clusters: 2 nm covalent metal cluster labels” , J Struct Biol (1999) 127: pp.177–184

[25]  Powell RD, Halsey CM, Spector DL, Kaurin SL, McCann J, Hainfeld JF “A covalent fluorescent-gold immunoprobe: simultaneous detection of a pre-mRNA splicing factor by light and electron microscopy” , J Histochem Cytochem (1997) 45: pp.947–956

[26]  Powell RD, Joshi VN, Halsey CMR, Hainfeld JF, Hacker GW, Hauser-Kronberger C, Muss WH, Takvorian PM (1999) “ Combined Cy3/Nanogold conjugates for immunocytochemistry and in situ hybridization” In Bailey GW, Jerome WG, McKernan S, Mansfield JF, eds. Proc 57th Annu Mtg Microsc Soc Am. New York, Springer-Verlag (1999): pp.478–479480

[27]  Robinson JM, Vandre DD “ Efficient immunocytochemical labeling of leukocyte microtubules with FluoroNanogold: an important tool for correlative microscopy”, J Histochem Cytochem (1997) 45: pp.631–642

[28]  Safer D, Bolinger L, Leigh JS Jr  “ Undecagold clusters for sitespecific labeling of biological macromolecules: simplified preparation and model applications” J Inorg Biochem (1986) 26: pp.77–91

[29]  Sawada H, Esaki H  “ Use of Nanogold followed by silver enhancement and gold toning for preembedding immunolocalization in osmium-fixed, epon-embedded tissues”,  J Electron Microsc (1994) 43: pp.361–366

[30]  Schmid G “ Metal clusters and cluster metals”, Polyhedron (1998) 7:2321–2329

[31]  Schnyder T, Tittmann P, Winkler H, Gross H, Wallimann T  “Localization of reactive cysteine residues by maleidoyl undecagold in the mitochondrial creatine kinase octamer”, J StructBiol (1995) 114: pp.209–217

[32]  Segond von Banchet G, Heppelmann B “Non-radioactive  localization of substance P binding sites in rat brain and spinal cord using peptides labeled with 1.4-nm gold particles” , J Histochem Cytochem (1995) 43: pp.821–827

[33]  Sithigorngul W, Rukpratanporn S, Sittidilokratna N, Pecharaburanin N, Longyant  S, Chaivisuthangkura P, Sithigorngul P  “A convenient immunochromatographic test strip for rapid diagnosis of yellow head virus infection in shrimp”, J Virol Methods (2007) 140(1-2): pp.193-199.

[34]  Skripkin E, Yusupova G, Yusupov M, Kessler P, Ehresmann C, Ehresmann B “ Synthesis and ribosome binding properties of model mRNAs modified with undecagold cluster” Bioconjug Chem (1993) 4: pp.549–553

[35]  Sun XJ, Tolbert LP, Hildebrand JG  “ Using laser scanning confocal microscopy as a guide for electron microscopic study: a simple method for correlation of light and electron microscopy” , J Histochem Cytochem (1995) 43: pp.329–335

[36]  Syed Iqbal H, Balakrishnan P, Murugavel KG, Suniti S (2008) “ Performance characteristics of a new rapid immunochromatographic test for the detection of antibodies to human immunodeficiency virus (HIV) types 1 and 2”, J Clin Lab Anal  ( 2008 ) 22(3): pp.178-185

[37]  Takizawa T, Robinson JM “ Use of 1.4-nm immunogold particles for immunocytochemistry on ultra-thin cryosections” , J His-tochem Cytochem (1994) 42: pp.1615–1623

[38]  Takizawa T, Suzuki K, Robinson JM “ Correlative microscopy using FluoroNanogold on ultrathin cryosections. Proof of principle.”, J Histochem Cytochem 46: pp.1097-1102

[39]  Tsuda Y, Sakoda Y, Sakabe S, Mochizuki T, Namba Y, Kida H “ Development of an immunochromatographic kit for rapid diagnosis of H5 avian influenza virus infection”,  Microbiol Immunol (2007) 51(9): pp.903-907.

[40]  Vandre DD, Burry RW “ Immunoelectron microscopic localization of phosphoproteins associated with the mitotic spindle” , J Histochem Cytochem (1992) 40: pp.1837–1847

[41]  Vargaftik MN, Zagorodnikov VP, Stolyarov IP, Moiseev II, Likholobov VA, Kochubey DI, Chuvilin AL, Zaikovsky VI, Zamaraev KI, Timofeeva GI  “A novel giant palladium cluster”, J Chem Soc Commun (1985)  pp.937–939

[42]  von Lode P “Point-of-care immunotesting: approaching the analytical performance of central laboratory methods”, Clin Biochem (2005) 38(7): pp.591-606.

[43]  Wang X, Li K, Shi D, Xiong N, Jin X, Yi J, Bi D “ Development of an immunochromatographic lateral-flow test strip for rapid detection of sulfonamides in eggs and chicken muscles” , J Agric Food Chem (2007) ; 55(6): pp.2072-2078.

[44]  Wenzel T, Baumeister W “ Conformational constraints in protein degradation by the 20S proteasome” ,  Nature Struct Biol (1995) 2: pp.199–204

[45]  Wilkinson DA, Marion TN, Tillman DM, Norcum MT, Hainfeld JF, Seyer JM, Carlson GM  “ An epitope proximal to the carboxyl terminus of the alpha-subunit is located near the lobe tips of the phosphorylase kinase hexadecamer”, J Mol Biol (1994) 235: pp.974–982

[46]  Yang YS, Datta A, Hainfeld JF, Furuya FR, Wall JS, Frey PA “ Mapping the lipoyl groups of the pyruvate dehydrogenase complex by use of gold cluster labels and scanning transmission electron microscopy”, Biochemistry (1994) 33: pp.9428–9437

Một số trang web:

[47]  http://www.aday.com.vn/rss/news.show.php?pageid=4382&topicid=75

[48]  http://www.cyberchemvn.com/.../kham-pha-moi-ve-su-diet-te-bao-bang-hieu- ung-quang-nhiet.html

[49]  http://hoahoc.info/baiviet/984

[50]  http://hoahocngaynay.com/en/hoa-hoc-hien-dai/vat-lieu-nano/435-08112010.html

[51]  http://lnbd.technion.ac.il/NanoChemistry/Templates/showpage.asp?DBID=1&LNGID=1&TMID=84&FID=468&PID=1436

[52]  http://mrsec.wisc.edu/Edetc/nanolab/gold/index.html