Dây dẫn nano nối thiết bị điện tử với môi trường nội bào
Theo dõi các quá trình sinh học nhưng không gây tổn thương tế bào là mục đích nghiên cứu của nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới. Nếu làm được điều đó, các thông số "đo được" sẽ là các thông số sinh lý (phản ánh tình trạng bình thường của tế bào) làm cơ sở cho theo dõi các biến đổi bệnh lý.
Cho đến nay con người vẫn chưa có khả năng sử dụng các thiết bị điện tử điều khiển dòng ion giữa hai phía của màng - một quá trình vô cùng quan trọng trong hoạt động sống và trao đổi thông tin của tế bào.
Ít ngày trước giới khoa học đã thành công trong thí nghiệm phát và nhận tín hiệu qua màng lipid tương tự như màng tế bào sống với dây dẫn silicon có đường kính nano (20-40 nano mét).
Thành công này cho thấy khả năng tương tác giữa hệ thống điện tử và hệ thống sinh học trên cơ sở đó có thể phát triển các thiết bị điện tử "theo dõi và đánh giá" các quá trình sinh học nội bào mà không làm tổn thương tế bào hay can thiệp vào các quá trình đó.
Đây là thành công của nhóm nghiên cứu tại California do Aleksandr Noy chỉ đạo. Trong quá trình nghiên cứu, dây dẫn silicon được đặt vào lớp lipid kép. Dây dẫn đã chuyển thông tin từ dòng ion giữa hai phía của màng thành tín hiệu điện.
Trong những thí nghiệm khác, dây dẫn hoặc ống nano được bao bọc bằng lớp lipid kép, bề mặt mang điện âm của dây/ống nano đã tạo cho nó tính kỵ nước và trở thành khuôn cho lớp lipid kép tương tự như màng tế bào. Tuy nhiên đây là lần đầu tiên tín hiệu được phát và nhận xuyên màng với thiết bị điện tử đã được thành công. Noy cho rằng thiết bị điện tử có khả năng điều khiển các protein đóng-mở kênh dẫn ion trên màng được ghi nhận bằng chính thiết bị điện tử phát tín hiệu.
Các bước tiến hành thí nghiệm:
(1) Dây dẫn nano được bao bọc bởi lớp lipid kép
(2) Protein của vi khuẩn có tên gramicidin A được chèn vào màng lipid tạo kênh dẫn ion (ion channel); các proton và các ion mang điện tích dương có kích thước nhỏ có thể di chuyển qua.
(3) Khi dòng proton xuất hiện, tín hiệu điện có thể ghi nhận được từ dây dẫn nano.
(4) Có thể điều khiển tín hiệu truyền tới dây nano bằng cách đóng kênh dẫn bằng ion canxi (tương tự như chức năng của ion canxi trong tế bào sống)
(5) Chèn alamethicin (protein từ nấm) tạo kênh xuyên màng
(6) Nối hệ thống với nguồn điện, protein ghép với màng, mở kênh và ion có thể di chuyển qua màng.
Kết quả đăng tại Proceeding of the National Academy of Sciences (doi:10.1073/pnas.0904850106 (2009) và Nano Lett. 7, 3355-3359 (2009).
Với sự đa dạng về cấu tạo và chức năng của protein, kỹ thuật này mở ra nhiều ứng dụng to lớn cho ngành điện tử y sinh.
13.08.2009 Nguồn: Nature News
